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Aimant permanent de focalisation pour tube de caméra,.
La présente invention concerne les dispositifs aimant permanent servant à focaliser le faisceau de balayage d'un tube de caméra de télévision.
Les aimants permanents servant à focaliser le faisceau dans les tubes de caméra présentent différents avantages par rapport aux bobines de focalisation ; parmi ces avantages, on peut citer leur dimension plus réduite,leur poids inférieur, une consommation d'énergie nulle, une stabilité de fonctionnement plus grande et un prix de fabrication et d'utilisation plus bas.
Pour obtenir une focalisation satisfaisante d'un
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faisceau dans un tube de caméra, il faut, entre autres, que le champ de focalisation ait une polarité déterminée en substance uniforme dans la région voulue comprise entre la cathode émet- tant les électrons et l'électrode cible. Ces conditions ont été remplies de façon satisfaisante par les bobines de fil constituant solénoldes. Il serait cependant intéressant de pouvoir utiliser un aimant permanent à cet effet. En effet, un aimant de ce genre ne demande pas de source d'énergie et supprime le problème posé par les impulsions de retour de la déflexion qui produisent des champs électro-statiques élevés autour des bobines de déflexion ; ces champs électrostatiques peuvent influencer défavorablement le fonctionnement de la caméra.
Ces champs sont capacitivement couplés aux extrémités du tube de caméra par le solénolde de focalisation qui entoure les bobines de déflexion et surplombe les extrémités de celles-ci.
Ce problème est décrit dans le brevet américain numéro 2.490.731.
Dans les ensembles à tube de caméra du genre décrit dans ce brevet, il a toujours fallu utiliser un blindage spécial entre l'intérieur du solénolde de focalisation et l'extérieur de l'en- semble des bobines de déflexion. Ce blindage diminue la dia- phonie entre ces éléments, en diminuant le couplage électro- statique entre eux.
Ce problème est entièrement supprimé si on utilise un aimant permanent puisqu'il ne faut plus de blindage électro- statique dais ce cas. Duns le cas des adénoïdes utilisés dans le passé, on a constaté que lorsqu'une seule extrémité de ces solénoïdes est mise à la terre, par exemple en reliant cette extrémité à une borne mise à la terre d'une source de courant continu, l'autre extrémité du solénolde peut voir son potentiel
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varier en réponse aux impulsions de retour.
En outre, il est reconnu que, même si on met l'autre extrémité à la terre par l'intermédiaire d'un condensateur de forte capacité, une partie considérable du solénolde comprise entre ses extrémités peut toujours varier en potentiel par rapport à la terre en courant alternatif. C'est pourquoi on a généralement utilisé un écran électrostatique. Les aimants permanents pouvant être utilisés dans la pratique de la présente invention sont, du point de vue électrique, des dispositifs à potentiel unique qui, si on les met à la terre en n'importe quel point, par exemple au moyen des fixations qui les attachent à l'ossature d'une caméra, res- tent à ce potentiel de terre sur toute leur longueur- En consé- quence, l'aimant permanent remplace deux composants des anciens ensembles à tube de caméra.
La présente invention consiste en un dispositif de focalisation à aimant permanent qui non seulement supprime la nécessité d'une source d'énergie mais encore supprime la nécessité d'un écran électrostatique dans l'ensemble focalisa- tion-déflexion. Différents types d'aimants de focalisation sont décrits ici qui permettent d'obtenir, par réglage, un champ de focalisation axial uniforme ou de maintenir une même polarité désirée pour le flux de focalisation dans la région de focalisa- tion du tube de caméra ; ces deux buts peuvent aussi être atteints simultanément.
Le dispositif de focalisation à aimant permanent selon la présente invention consiste en un cylindre creux en- tourent le tube de caméra. La matière dont se compose le cylindre est aimantée de telle façon qu'elle produise un champ ayant une répartition de flux axial d'une polarité déterminée qui correspond à zéro en deux points de l'aimant en deçà et dans
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e voisinage des extrémités de celui-ci. L'amplitude du flux exial augmente de zéro vers un maximum uniforme qui se maintient sur la plus grande longueur de l'aimant. L'aimant a une longueur ;.elle et une disposition choisie par rapport au tube de caméra le façon que les points à flux nul se trouvent en dehors de la région du tube comprise entre la cathode et l'électrode cible.
Un aimant cylindrique qui est uniformément aimanté sur toute sa longueur tend à produire un flux axial qui est reparti de telle façon qu'il soit plus grand en deux endroits de part et d'autre de son milieu qu'en ce milieu lui-même.
Selon une forme d'exécution de la présente invention, l'aimant cylindrique subit des aimantations d'intensités différentes en différents endroits de sa longueur de façon que la répartition axiale du flux soit en substance uniforme.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, deux shunts magnétiques sont prévus près des extrémités de l'aimant cylindrique de manière à obtenir une répartition uniforme du flux axial.
Dans une autre forme d'exécution encore de l'invention, l'épaisseur de la paroi de l'aimant cylindrique varie de façon que son épaisseur soit minimum aux extrémités de l'aimant tout en augmentant vers un maximum en son milieu.
Cette solution permet aussi d'obtenir une répartition en substance uniforme du flux magnétique axial.
La description ci-après sera donnée avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en élévation et partielle- ment en coupe d'une forme d'exécution de l'invention, dans son application à un tube de caméra de télévision.
La figure 2 est une courbe représentant les ré-
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partitions de flux des aimants cylindriques.
La figure 3 représente une autre forme d'exécution de l'invention utilisant des shunts magnétiques, et la figure 4 représente encore une autre forme d'exécution de l'invention dans laquelle l'aimant cylindrique a une paroi d'épaisseur variable.
Sur la figure 1, l'invention est représentée dans son application à un tube de caméra de télévision du type photoconducteur, par exemple un tube vidicon 11. Un tel tube comprend une cathode émettant des électrons 12, une grille de commande 13 servant à commander le passage des électrons de manière à en faire un faisceau de balayage, et une grille accélératrice 14 qui accélère les électrons. A l'autre extrémité du tube mais en deçà d'une face avant 15, est formée une élec- trode cible photoconductrice (non représenté). L'électrode cible est électriquement reliée à une bague cible 16 sur laquelle on peut effectuer une connexion extérieure pour le prélèvement d'un signal. Le faisceau électronique balaie l'électrode cible sous la commande de l'ensemble de déflexion électromagnétique 17.
Le faisceau est focalisé par un aimant permanent cylindrique 18. Cet aimant encercle le tube de caméra à l'extérieur de l'ensemble de déflexion 17 et a une longueur L qui s'étend d'un point à l'arrière de la cathode 12 jusqu'à un point au-delà de la face avant 15 portant la cible.
Le flux utile produit par l'aimant de focalisation
18 se situe vers le milieu de l'axe longitudinal de celui-ci, partie qui est balayée par le faisceau électronique. La réparti- tion du flux magnétique axial pour un aimant cylindrique est représentée à la figure 2. La courbe en traits pleins 19
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représente la répartition du flux axial obtenue avec un aimant cylindrique aimanté uniformément sur toute sa longueur L.
On peut voir qu'aux points 21 et 22 se trouvant en deçà des extrémités de l'aimant, le flux axial est en substance nul.
A l'extérieur par rapport aux extrémités de l'aimanta le flux axial a une polarité donnée qui est indiquée par les parties 23 et 24 de la courbe 19. Au contraire, dans le corps même de l'aimant cylindrique, le flux a une polarité opposée le long de l'axe central de l'aimant. Comme il ne faut qu'une polarité de flux magnétique pour focaliser un faisceau, l'aimant 18 de la figure 1 a une longueur L suffisante pour qu'il puisse être disposé par rapport au tube de caméra 11 de façon que les points à flux nul 21 et 22 se situent à l'extérieur de la région comprise entre la cathode et l'électrode cible.
De cette manière, le faisceau électronique subit toujours un flux magnétique ayant une même polarité.
La répartition du flux entre les points à flux nul 21 et 22 est telle cependant que l'intensité du flux augmente vers un maximum indiqué par les pointes 25 et 26 se situant de part et d'autre du milieu de l'aimant. Dans cette partie milieu, l'intensité du flux est inférieure au maximum, comme une partie 27 de la courbe 19 l'indique.
Une telle répartition du flux n'est pas intéressante pour la focalisation d'un faisceau. Par conséquent, dans la forme d'exécution de l'invention représentée à la figure 1, on ' donne à l'aimant cylindrique 18 des aimantations d'intensités différentes sur sa longueur L. Dans les zones d'extrémité
28 et 29, l'aimantation est plus faible que dans la partie milieu 31.
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La figure 3 représente une forme d'exécution dans laquelle l'aimant cylindrique 43 est aimanté de façon uniforme sur toute sa longueur L. Une telle aimantation produit une répartition du flux axial représentée par la courbe en traits pleins 19 de la figure 2, cette courbe présentant un creux 27 entre deux pointes 25 et 26. Dans le cas considéré cependant, l'aimant 43 est pourvu de deux shunts magnétiques 44 et 45.
Ces shunts sont en fer doux magnétique et ont une forme annulaire de manière à pouvoir entourer l'aimant cylindrique 43.
Les shunts annulaires 44 et 45 ont aussi, de préférence, une position réglable dans le sens longitudinal par rapport à l'aimant 43. Lorsque ces shunts occupent un emplacement approprié, ces shunts diminuent notablement les pointes 25 et 26 de la figure 2 de manière à atteindre le niveau de la partie en creux 27, de sorte que le flux axial est réparti de façon en substance uniforme sur la plus grande partie de la longueur L de l'aimant, corme cela est représenté par la ligne en traits interrompus 46 de la figure 2. Quoiqu'une telle solution permette d'obtenir larépartition uniforme désirée du flux le long de l'axe de l'aimant 43, la technique de shuntage a pour effet de diminuer l'intensité de ce flux réparti.
Cette solution est donc légè- rement moins efficace que la forme d'exécution décrite avec référence à la figure 1 et représentée sur cette figure.
D'un autre côté, cette solution a l'avantage d'exiger un typo d'aimantation plus simple, c'est-à-dire d'un prix de revient de fabrication moins élevé.
La figure 4 représente une autre forme d'exécution de l'invention dans laquelle l'aimant permanent cylindrique
47 a une paroi dont l'épaisseur varie de chaque extrémité
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de l'aimant au r..ilieu de celui-ci. On peut construire un tel simant en partant d'un premier cylindre intérieur 48 s'étendant sur toute la longueur L du dispositif. A l'extérieur du premier cylindre 48 et concentriquement à celui-ci se trouve un second cylindre 49 un peu plus court que le premier. Enfin, un troisième cylindre 51 est monté concentriquement à l'extérieur du second cylindre 49 et a une longueur encore plus courte.
L'ensemble ainsi obtenu est un aimant 47 dont la paroi a une Epaisseur minimum près des extrémités de l'aimant, une épaisseur maximum au milieu de l'aimant et une épaisseur intermédiaire dans les parties intermédiaires de cet aimant. En soumettant un tel ensemble à une force d'aimantation uniforme sur toute la longueur del'aimant, les parties de paroi plus épaisses produisent un flux plus grand de sorte que la répartition axiale du flux est en substance uniferme, comme cela est reprsenté par la ligne en traits interrompus 52 de la figure 2.
Des formes d'exécution de l'invention du type représenté à la figure 1 et donnant satisfaction du point de vue fonctionnement ont été construites à partir d'acier à faible teneur en carbone se présentant sous la forme d'une tôle flexible aimantable. L'aimant cylindrique 18 de la figure 1 ayant une épais- seur de paroi d'environ 0,19 mm, une longueur d'environ 127 mm et un diamètre extérieur d'environ 35,5 mm peut focaliser de façon satisfaisante le faisceau d'un tube de caméra vidicon d'un pouce.
L'aimant 43 de la figure 3 a été fabriqué à partir de tôle aimantable que l'on enroule en huit à dix couches concentriques, de manière à former un aimant d'une épaisseur de paroi d'environ 0,1.0 à 0,13 mm. Le type d'aimant 47 de la figure 4 à épaisseur de paroi dégradée peut aussi être aisément fabriqué à partir de tôle aimantable.
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Permanent focusing magnet for camera tube ,.
The present invention relates to permanent magnet devices for focusing the scanning beam of a television camera tube.
Permanent magnets used to focus the beam in the camera tubes have different advantages over focusing coils; among these advantages are their smaller size, lower weight, zero energy consumption, greater operating stability and lower cost of manufacture and use.
To obtain a satisfactory focus of a
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beam in a camera tube, among other things, the focusing field must have a substantially uniform polarity determined in the desired region between the electron-emitting cathode and the target electrode. These conditions have been satisfactorily fulfilled by the coils of wire constituting solenoids. However, it would be interesting to be able to use a permanent magnet for this purpose. Indeed, a magnet of this kind does not require an energy source and eliminates the problem posed by the return pulses of the deflection which produce high electro-static fields around the deflection coils; these electrostatic fields can adversely affect the operation of the camera.
These fields are capacitively coupled to the ends of the camera tube by the focus solenoid which surrounds and overhangs the ends of the deflection coils.
This problem is described in U.S. Patent No. 2,490,731.
In camera tube assemblies of the kind described in this patent, it has always been necessary to use a special shielding between the interior of the focusing solenoid and the exterior of the deflection coil assembly. This shielding reduces the diaphony between these elements, by reducing the electrostatic coupling between them.
This problem is completely eliminated if a permanent magnet is used since no electrostatic shielding is required in this case. In the case of adenoids used in the past, it has been found that when only one end of these solenoids is grounded, for example by connecting that end to a grounded terminal of a direct current source, the the other end of the solenoid can see its potential
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vary in response to feedback pulses.
Further, it is recognized that, even if the other end is grounded through a high capacity capacitor, a considerable part of the solenoid between its ends can still vary in potential with respect to earth. in alternating current. This is why an electrostatic screen has generally been used. The permanent magnets which can be used in the practice of the present invention are, from an electrical point of view, devices with a single potential which, if they are earthed at any point, for example by means of the fasteners which them. attached to the backbone of a camera, remain at this earth potential along their entire length. As a result, the permanent magnet replaces two components of the old camera tube assemblies.
The present invention is a permanent magnet focusing device which not only eliminates the need for a power source but also eliminates the need for an electrostatic screen in the focus-deflection assembly. Various types of focusing magnets are described herein which make it possible to achieve, by adjustment, a uniform axial focusing field or to maintain the same desired polarity for the focusing flux in the focusing region of the camera tube; these two goals can also be achieved simultaneously.
The permanent magnet focusing device according to the present invention consists of a hollow cylinder surrounding the camera tube. The material of which the cylinder is composed is magnetized in such a way that it produces a field having an axial flux distribution of a determined polarity which corresponds to zero at two points of the magnet below and in
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e vicinity of the ends thereof. The magnitude of the exial flux increases from zero to a uniform maximum which is maintained over the longest length of the magnet. The magnet has a length and a chosen disposition relative to the camera tube such that the zero flux points lie outside the region of the tube between the cathode and the target electrode.
A cylindrical magnet which is uniformly magnetized over its entire length tends to produce an axial flux which is distributed in such a way that it is greater in two places on either side of its medium than in this medium itself.
According to one embodiment of the present invention, the cylindrical magnet is subjected to magnetizations of different intensities at different places along its length so that the axial distribution of the flux is substantially uniform.
In another embodiment of the invention, two magnetic shunts are provided near the ends of the cylindrical magnet so as to obtain a uniform distribution of the axial flux.
In yet another embodiment of the invention, the thickness of the wall of the cylindrical magnet varies so that its thickness is minimum at the ends of the magnet while increasing towards a maximum in its middle.
This solution also makes it possible to obtain a substantially uniform distribution of the axial magnetic flux.
The following description will be given with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a view in elevation and partially in section of an embodiment of the invention, in its application to a camera tube of TV.
Figure 2 is a curve showing the re-
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flow partitions of cylindrical magnets.
Figure 3 shows another embodiment of the invention using magnetic shunts, and Figure 4 shows yet another embodiment of the invention in which the cylindrical magnet has a wall of varying thickness.
In Figure 1, the invention is shown in its application to a television camera tube of the photoconductive type, for example a vidicon tube 11. Such a tube comprises a cathode emitting electrons 12, a control grid 13 serving to control the passage of electrons so as to make a scanning beam, and an accelerator grid 14 which accelerates the electrons. At the other end of the tube but below a front face 15, is formed a photoconductive target electrode (not shown). The target electrode is electrically connected to a target ring 16 on which an external connection can be made for sampling a signal. The electron beam scans the target electrode under the control of the electromagnetic deflection assembly 17.
The beam is focused by a cylindrical permanent magnet 18. This magnet encircles the camera tube outside of the deflection assembly 17 and has a length L which extends from a point behind the cathode 12. up to a point beyond the front face 15 carrying the target.
The useful flux produced by the focusing magnet
18 is located towards the middle of the longitudinal axis thereof, part which is scanned by the electron beam. The distribution of the axial magnetic flux for a cylindrical magnet is shown in figure 2. The curve in solid lines 19
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represents the distribution of the axial flux obtained with a cylindrical magnet magnetized uniformly over its entire length L.
It can be seen that at points 21 and 22 located on this side of the ends of the magnet, the axial flux is substantially zero.
Outside with respect to the ends of the magnet the axial flux has a given polarity which is indicated by parts 23 and 24 of curve 19. On the contrary, in the body of the cylindrical magnet itself, the flux has a opposite polarity along the central axis of the magnet. Since only one polarity of magnetic flux is needed to focus a beam, the magnet 18 of Figure 1 has a sufficient length L so that it can be disposed relative to the camera tube 11 so that the flux points null 21 and 22 lie outside the region between the cathode and the target electrode.
In this way, the electron beam always undergoes a magnetic flux having the same polarity.
The distribution of the flux between the zero flux points 21 and 22 is such, however, that the intensity of the flux increases towards a maximum indicated by the points 25 and 26 located on either side of the middle of the magnet. In this middle part, the intensity of the flow is less than the maximum, as part 27 of curve 19 indicates.
Such a distribution of the flux is not advantageous for the focusing of a beam. Consequently, in the embodiment of the invention shown in FIG. 1, the cylindrical magnet 18 is given magnetizations of different intensities along its length L. In the end regions
28 and 29, the magnetization is weaker than in the middle part 31.
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FIG. 3 represents an embodiment in which the cylindrical magnet 43 is magnetized in a uniform manner over its entire length L. Such magnetization produces a distribution of the axial flux represented by the curve in solid lines 19 of FIG. 2, this curve having a hollow 27 between two points 25 and 26. In the case considered, however, the magnet 43 is provided with two magnetic shunts 44 and 45.
These shunts are made of magnetic soft iron and have an annular shape so as to be able to surround the cylindrical magnet 43.
The annular shunts 44 and 45 also preferably have an adjustable position in the longitudinal direction with respect to the magnet 43. When these shunts occupy a suitable location, these shunts significantly reduce the points 25 and 26 of FIG. to reach the level of the recessed portion 27, so that the axial flow is distributed substantially uniformly over the greater part of the length L of the magnet, as represented by the dashed line 46 of FIG. 2. Although such a solution makes it possible to obtain the desired uniform distribution of the flux along the axis of the magnet 43, the shunt technique has the effect of reducing the intensity of this distributed flux.
This solution is therefore slightly less effective than the embodiment described with reference to FIG. 1 and shown in this figure.
On the other hand, this solution has the advantage of requiring a simpler type of magnetization, that is to say of a lower manufacturing cost price.
Figure 4 shows another embodiment of the invention in which the cylindrical permanent magnet
47 has a wall varying in thickness from each end
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of the magnet in the middle of it. Such a simant can be constructed starting from a first internal cylinder 48 extending over the entire length L of the device. Outside the first cylinder 48 and concentrically with it is a second cylinder 49 which is somewhat shorter than the first. Finally, a third cylinder 51 is mounted concentrically outside the second cylinder 49 and has an even shorter length.
The assembly thus obtained is a magnet 47 whose wall has a minimum thickness near the ends of the magnet, a maximum thickness in the middle of the magnet and an intermediate thickness in the intermediate parts of this magnet. By subjecting such an assembly to a uniform magnetizing force along the entire length of the magnet, the thicker wall portions produce a greater flux so that the axial distribution of the flux is substantially uniform, as shown by the figure. dashed line 52 in Figure 2.
Operational embodiments of the invention of the type shown in Figure 1 have been constructed from low carbon steel in the form of a flexible magnetizable sheet. The cylindrical magnet 18 of Figure 1 having a wall thickness of about 0.19 mm, a length of about 127 mm and an outer diameter of about 35.5 mm can satisfactorily focus the beam d. 'one inch vidicon camera tube.
Magnet 43 of Figure 3 was made from magnetizable sheet metal which is wound in eight to ten concentric layers, so as to form a magnet with a wall thickness of about 0.1.0 to 0.13 mm. The degraded wall thickness type of magnet 47 of Fig. 4 can also easily be made from magnetizable sheet metal.