CN1032344C - 带有磁场补偿装置的扫描电子束显示装置 - Google Patents
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Abstract
用于扫描电子束显示器，例如彩色电视显象管(20)的补偿线圈(50)，可减小由于外磁场，特别是地磁场所引起的电子束的所不希望的偏转。第一线圈段(52)至少有包围管颈(32)并垂直于Z轴配置的一圈。上(62)和下(64)段配置在第一线圈段(52)的上面和下面，每一个沿Z轴向前倾斜并有包围在X和Y方向延伸的一个区域的、通常顺沿内磁屏蔽罩(80)的表面的环路。各线圈段串联连接。上(62)和下(64)线圈段有沿Z轴前置的较宽的X轴尺寸，且是梯形形状。
Description
本发明涉及入射到扫描电子束装置，例如电视显示器上的外磁场的补偿装置，特别地涉及一种用于抵消地磁场对大屏幕彩色电视接收机的影响的附加补偿线圈。该补偿线圈有特殊的结构，并且装有调节装置以设定由该电视显示器的具体地理位置和方位所要求的补偿磁场的强度。
在彩色电视阴极射线管显示器中，管子前面的显示荧光屏装有成组的荧光体区域的阵列，其中，三种条形或类似结构的荧光体确定了该显示器的每一单元，一组中的每一条当由电子束激发时发射三基色中一种颜色的光。电子枪结构配置在管子的一端，三电子束经荫罩射在荧光屏的荧光体上。该荫罩带有与荧光体区域和电子枪结构对准的小孔的方阵，当三电子束对准在确定一个显示单元的特定荧光体组上时，每一电子束发射的电子只冲击成组的荧光体中含有与特定电子束相对应的颜色的那部分。荫罩可挡住由特定电子束发身射的电子到达靠近的荧光区域(与其它颜色相对应)。这些靠近的荧光区域不是与荫罩上的相应小孔对准而是仅接收来自它们的相应电子束的电子。
激发荧光屏荧光体的电子从电子枪结构到荧光屏被静加速。对来自全部三枪的电子束进行扫描，当通过成组的荧光体时就形成光栅。该扫描由按水平和垂直扫描速率而变化的磁场实现，此磁场是由管子上靠近电子枪结构配置的偏转线圈产生的。该电子枪结构是位于漏斗形管子的有细颈的一端，并且偏转线圈沿管颈配置。该偏转线圈相对于定义为Z轴的电子束中心线产生作水平(X轴)偏转用的垂直方向的和作垂直(Y轴)偏转用的水平方向的磁场。运动的电子构成电流，当受到偏转线圈的磁场作用时，电子在X和/或Y方向被加速并且沿着弯曲路径运动。
理想情况下，偏转线圈占据有限的空间，并且相应地限定沿Z轴的磁场。所以，为了在有限的面积上偏转的目的，电子垂直地和/或水平地被加速。在从偏转磁场区域射出之后，电子以实际上直线方向离开偏转线圈到达某一点，而该点是经过荫罩的电子所撞击的荧光屏的荧光体点。
在这样偏转之后，因为在偏转线圈和荧光屏之间通过的电子受到外界磁场的作用，又被该磁场加速并沿弯曲路径通向荧光屏。弯曲的程度和方向取决于该附加磁场的磁通量密度、极性和取向。由该附加磁场引起的电子束的偏转以及由此而产生的电子束路径的曲率能达到使电子束相对于荫罩不对准的程度。因此，来自给定电子束的电子可能部分地冲击在靠近所预期的彩色荧光体的(其它)彩色荧光体上，而不是只冲击在所预期的彩色荧光体上，导致所显示的彩色的纯度恶化。
影响电子束偏转的有些磁场是由于该显示装置的可导磁元件的所不希望有的磁化。荫罩也许是钢的。通常环绕着含有荧光屏的面板的周边设置钢框，以预防破裂事故中显象管的内爆。沿着偏转线圈和荧光屏面板之间的管子的漏斗形表面也可能装置着内磁屏蔽罩。它是可导磁的元件。如果这些元件被磁化了，色纯度就受到影响。而且，内磁屏蔽罩的磁化能影响它的导磁性，并降低它的将电子束路径与难免的磁场，如地球磁场进行隔离的有效性。
为了克服显示器可导磁元件的磁化，已有技术已经提出实用的磁场抵消装置，即给管子加补偿的直流磁场。该装置可以采用配置在管子表面上并有一个或一对包围管子一部分的环的一个线圈。例如，该线圈可展延到接近保护钢框的位置，并且在管子的表面向后伸展，以圆住管子内部的磁屏蔽罩。特别是，尺寸较大的上面的线圈在管子漏斗的顶部向前倾斜，尺寸较小的下面的线圈沿着底部向前倾斜。给该线圈加直流电流，可获得与地磁场相反的效果。这些线圈实际上是与管子一样宽，由此可包围保护框以及诸如此类的管子的其它部件，通常包括内屏蔽罩。其他的线圈结构也是公知的，例如，这种线圈只是简单地紧接在荧光屏之后包围住管子。
地球的磁场是有水平和垂直分量的外界场，该场要使电子束发生偏转，产生对色纯度和光栅形状有害的影响。取决于阴极射线管Z轴相对于地球的磁极的取向，地磁场分量可水平地或垂直地使电子束偏转(由于相应的垂直和水平磁场分量)，并且导致光栅的扭曲(也就是电子束绕Z轴的旋转)。
地球磁场在数值上相对于偏转线圈磁场的幅度是不大的；但是，地球磁场在一个与偏转线圈跨距相比为相当长的间距上对电子束加速并使其偏转。因此，有必要减小地磁场的影响。
本发明的目的在于消除地磁场或其它外界磁场的影响。一种特殊的线圈结构被采用，其中通过线圈的特殊的几何形状和特殊的绕线关系来确定色纯度和光栅畸变的校正。可调的直流电流源可设定补偿磁场的强度，该强度在安装或者搬动阴极射线管时应被设定以得到最佳补偿。因此，本发明是简单而有效的。
本发明的另一个目的在于使用补偿线圈对入射在扫描电子束显示器上的外界磁场导致的偏转进行补偿，该线圈有第一线圈段，包围住管颈以补偿光栅畸变，另外的线圈段沿着管子的上下表面向前倾斜，并在运行时与包括内磁屏蔽罩的显示器的可导磁元件相结合，从而获得好的色纯度。
本发明的更进一步的目的在于给阴极射线管提供补偿线圈，该线圈由颈部包围线圈和上下倾斜的补偿线圈的绕线组成，其中，各线圈在形状和相对绕线数方面最佳地成形。以便通过各线圈与内磁屏蔽罩的相互配合，用简单的方法消除地磁场的影响。
在本发明的装置中，第一线圈段至少有通常垂直于Z轴配置以包围住管颈的一圈。在第一线圈段的上面和下面配置上下线圈段，每一个沿Z轴向前倾斜并确定了包围X和Y轴的面积的环路并且沿内磁屏蔽罩展延。这些线圈是串联连接在一起的。可调直流源给各线圈供电，对外场进行补偿。上下线圈段有沿Z轴前置的较宽的X轴尺寸，由此它是不规则四边形或梯形的。上下线圈段的侧向段在侧面与Z轴线圈相连，使得补偿线圈是一个连续绕线，而且Z轴线圈对于每一次上下线圈段的通过有两次通过。
图1是装有本发明的补偿线圈的阴极射线管的透视图；
图2是含有补偿线圈的装置的后视图；
图3是其侧视图；
图4是图1相应的具有局部剖面的玻壳和内磁屏蔽罩的透视图；
图5是用于本发明的显示器中的内磁屏蔽罩结构的平面视图；
图6和7是其它可能的内磁屏蔽罩的平面视图；
图8、9和10是说明按本发明的装置的补偿线圈的线圈结构的平面视图；
图11是说明按本发明的一个实施例的补偿线圈和内磁屏蔽罩相对位置的部分分解视图；
图12是说明补偿线圈和它所用的可调节电流源的示意图；以及
图13～18是说明按本发明的其它可能的发明的线圈结构的示意图。
如图1～3所示，扫描电子束装置，特别是彩色电视显示器的阴极射线管20有补偿线圈50，以减少或者消除由管子端部的电子枪38发射并指向配置在荧光屏24上的荧光体的电子束的所不希望的偏转。出现所不希望的偏转是由于外磁场，特别是地磁场所致，该地磁场有垂直和水平分量，这取决于彩色电视显示器相对于地磁两极的纬度和取向。
因为电子束确定的电流受到垂直于电流方向和垂直于入射磁场的磁力线方向的力，出现了由于入射磁场所导致的电子束偏转。电流通常沿着由电子枪到荧光屏中心的直线，即Z轴取向，并具有沿X(水平)和Y(垂直)轴的分量。当在Z轴的长度上存在着入射到电子束上的外界垂直磁场时，就出现电子束的水平偏转，从而有害地影响着色纯度。沿Z轴的磁场分量由于电流的垂直和水平分量而影响电子束的位置，从而产生向着光栅边缘增加幅度的光栅的扭曲。所以入射磁场在彩色图象显示中会明显地恶化色纯度并使光栅畸变，这种畸变在光栅的边缘处可能最为严重。
假设电视显示器水平地放置着(当然这是典型的情况)，地磁场垂直分量固定在与纬度有关的强度上，而与该装置相对于地球两极的取向元关。但是，地磁场的水平分量可以在含有管子中心线或Z轴的水平面内按任何角度被取向。所以，根据管子的取向，地磁水平分量将转换成沿Z轴和沿X轴的分量。
为了抵消地磁场，据本发明，在管子20上装有补偿线圈50，该线圈接到可变的直流电源上，以便当在显示器的所希望的位置和此后如果该显示器被搬到相对于地球的两极(以及相对于其它稳态磁场固定源)的不同取向调整该显示装置时能调节此电流源。
补偿线圈50的第一线圈段或Z轴线圈52至少有配置成包围管颈32并垂直于Z轴的一圈，用以抵消引起光栅扭曲的那部分入射磁场。上下线圈段62、64被配置在第一线圈段52的上面和下面，每一个沿Z轴向着荧光屏24前倾，并且每一个限定了具有垂直长度66和水平长度68在X和Y方向包围一块面积的环路。补偿线圈50最好安装在管子的外表面上。线圈62、64沿着管子的相应于阴极射线管的内磁屏蔽罩的区域展延(如图4所示)。线圈段52、62、64按串联方式并用后面将详细讨论的特殊的结构来布线，可调的直流电源(图1中未示出)给线圈供电以补偿外磁场。上下线圈段的侧向段在侧面与Z轴线圈相连接，使得补偿线圈50为一连续绕线，但是，Z轴线圈52对于每一次上下线圈段62、64的通过有两次通过，上下线圈段62、64产生用以抵消引起色纯度误差的外磁场的磁场。上下线圈段62，64具有沿Z轴前置的较宽的X轴向尺寸，形成基本上与内磁屏蔽罩相一致的梯形形状。
图4用局部剖透视图说明本装置。扫描电子束显示装置，特别是彩色电视阴极射线管，有一配置在管子20颈部32的端部的电子枪结构38。电子枪结构发射三个电子束，由于在电子枪和荫罩72之间的大电位差，三电子束朝着荧光屏24的方向被静电加速。荧光屏24确定垂直于Z轴的X轴和Y轴。环绕着含有荧光屏24的面板的周边设置钢框26，以预防破裂事故中显象管的内爆。彩色电视的荧光屏24具有离散的彩色荧光体区域，这些区域成组地与三电子束相对应。荧光体区域相对于荫罩72上的各孔定位，使得三电子束的每一电子束照射彩色荧光体的一个，并且荫罩挡住其余颜色的电子束。为了使电子束在X和Y方向扫描产生扫描光栅，沿管子20装有偏转线圈36。
磁场补偿线圈50减轻了由于外磁场而产生的电子束的不希望的偏转。第一线圈段52至少有一圈，通常垂直于Z轴安装，由此提供一个带有Z轴分量的补偿磁场。沿着管子20的漏斗形壳体22的上下面靠近第一线圈52的地方分别安置上线圈段62和下线圈段64。因此，每一个上下线圈段是沿Z轴向前倾斜的。内磁屏蔽罩80，一般为导磁材料(例如：钢)，被安装在管子的玻壳之内。内磁屏蔽罩包围住在漏斗形壳体22之内的管子的内部体积，从偏转线圈36略微向前的地方至靠近荫罩背后的地方，在这里，管子20的玻璃面板沿着熔合接头28与漏斗部分相连接。在内磁屏蔽罩的后部的开口82是供电子束通过而设置的。
由上下线圈段62、64所确定的环路在X和Y方向上包围住一个区域。并且由于线圈的倾斜，因此该环路基本上是与内磁屏蔽罩的表面对准的。上下线圈段提供具有Y和Z分量的补偿磁场，该磁场遍及偏转线圈36和荧光屏24之间的大部分区域。可调直流电源装置，如图12所示，按补偿外磁场的强度给第一线圈段，上线圈段和下线圈段供电。
按照本发明的实施例，上下线圈段62、64基本上是梯形的，具有沿Z轴前置的较宽的X轴向尺寸。由于管子20的漏斗形壳体22的曲率。上下线圈段略微卷绕该管子。而且，这种卷绕是绕Z轴对称的。
内磁屏蔽罩有许多可供选择的方案，如图5～7所示，这些图是典型的实施例的后视图。在每一种情形，该屏蔽罩有一中心开口82，开口82在垂直和水平尺寸方面足够宽，以使得经此开口指向荧光屏的电子束保持畅通无阻。内磁屏蔽罩提供一个导电的和可导磁的元件，电子束通过由它所包围的区域指向荧光屏。为了基本上使管子的内部免受外磁场的影响，在屏蔽罩上由入于的交变电磁场感应起电流。此外，内磁屏蔽罩确定了一个高导磁性元件；入射磁场的磁力线实质上被限制在此元件上。不过，内屏蔽罩会被外磁场所磁化，当发生此事时，屏蔽罩本身产生磁场，可使得沿着从偏转线圈36的区域到荧光屏的通道的电子束发生偏转。
在图5～7的实施例中，该屏蔽罩有附加的孔84，该孔沿着平行于管子的漏斗形壳体22的表面延伸。如图6和7所示，使这些孔84与上下线圈段62、64的大致垂直的段66对准是有益的，照这样，内磁屏蔽罩和该屏蔽罩内的区域都受到补偿线圈50的影响。与补偿线圈50的上下段62、64的梯形结构有关，已经确定图7的实施例能最有效地消除外磁场的影响。在此实施例中，供电子束通过的开口82实质上是矩形的。与上下线圈段62，64的大致垂直的段66对准的附加孔84在靠近荧光屏处略宽些，而在靠近后部略窄些。
据本发明，采用单独的第一线圈段或者Z轴线圈，和上下线圈，以及为此单独调节的电流源是可能的。例如，对于纬度可适当地调节上下线圈，对于方位可适当地调节Z轴线圈。线圈绕制结构的例子示于图8～10，线圈形状示于图13～18。
如图8所示，第一线圈52(Z轴线圈)和上下线段62、64串联相连，例如，可由连续长度导线的特殊配置得到。这样，可以作为一个整体用单一的电流源给补偿线圈供电。根据此配置，上下线圈段可以从包围Z轴线圈的颈部开始由导线的上下梯形或不规则四边形渐扩所形成。考虑到地磁场的Z轴分量一般比垂直分量大的事实，第一线圈段52可以包含比上下线圈段62、64更多的绕线数。
在图9中，Z轴线圈52是单独的并可以接到一个电流源，而上下线圈段62、64接到另一个单独的电流源。连接上段62和下段64的导线沿Z轴线圈进行布置。因此对Z轴磁场产生影响。
在图10中，Z轴线圈对于上和下线圈段的每一次绕制有两次侧向绕制。连接上下线圈段的导线在Z轴线圈的侧边环绕着Z轴线圈。因此，Z轴或第一线圈段52沿着靠近上下线圈段的大致水平部分有比较少的绕线，而在第一线圈段的侧边有较多的垂直进行的绕绕。换句话说，上下线圈段是包围颈部的Z轴线圈的分支。
补偿线圈可以有许多共同延长的导线，或者可以是单独的导线。补偿线圈最好使Z轴线圈中绕线数差不多是上下线圈段上的绕线数的两倍。更特别的是，由连续的线材段形成第一线圈段52和上下线圈段62、64，程序是从上下线圈段62和64中的一个开始，环绕第一段52一整圈后到上下段62和64中的其余一个，侧向沿第一线圈段52，然后到所述的上下线圈段62和64中的(开始的那)一个。这种绕制结构可使得第一线圈5 2对于上下线圈段的每一次通过有连续线材段的两次通过。
图11显示出按本发明的一个实施例的补偿线圈和内磁屏蔽罩结构的整体特征。该补偿线圈50绕制得使Z轴线圈52在侧边与上下段62和64连接。在相同方向上绕制三个线圈52、62、64中的每一个线圈，例如：在Z轴线圈中顺时针传输的电流，环绕上下线圈段也都是顺时针传输。
图12示出一个给补偿线圈50供给直流的装置。在补偿线圈50中的电流大小必须要设定在补偿外磁场的强度上；不过，在Z轴方向入射磁场的极性取决于管子是否更接近面向着地磁的北极或者南极。所以要使用双极性电流源以适应两种可能性。调节装置例如电位器126将加给补偿线圈的电流的大小设定在由正负直流电源122，124所确定的正负极限之间的一个直流电流值上。将线圈50接在电位器滑臂128和地之间。其它形式的电流源也是可能的。
在努力确定线圈段和显象管以及内磁屏蔽罩的最佳相对尺寸的过程中，使用了由VIDEOCOLOR制造的A79～1100VHP显象管(有79厘米对角尺寸)，实验性地比较了根据本发明的各种线圈结构运行的结果。Z轴线圈52被设置得紧靠在内磁屏蔽罩的后缘上，该屏蔽罩向前延伸到管子的漏斗和面板部分之间的熔合接头外。在各种实施例中找到了最佳结果，其中，上下线圈段62和64向前延伸到熔合接头后一定间隙的位置(即：内屏蔽罩的前面)。在一个优选的实施例中，上下线圈段的最上部和最下部的水平段到熔合接头28的后部留有间隔25至50毫米。
A79～1100VHP管子的线圈段的相对尺寸也得以检验。比较的结果示于表A中。可以发现据本发明的Z轴线圈连同上下段在包括图13的实施例的各种形状范围内，可改善图象重合并抵消由地磁场引起的光栅扭曲，图13的上下段为矩形结构，其宽度基本上等于Z轴线圈的直径。在此实施例中，Z轴线圈段完全与上下线圈段分开。采用将上下段扩张成梯形的办法，如图14～18所示，获得了改善的结果。在图14和15的实施例中，Z轴线圈段没有完全包围管子的颈部。发现图14的宽扩张梯形(最大宽度510毫米；最小宽度50毫米)与较窄的结构相比较效果较差，后者例如图15～17所示，其中最大宽度为220毫米。在图14～16的实施例中，最小宽度是50毫米，它比略宽的型式有较差的效果。图18的最佳实施例中，当与以上的管子一起使用时，有最大宽度230毫米，最小宽度110毫米，将最上面和最下面的水平段配置在熔合接头稍后的位置处，此实施例可得到消除图象不重合和光栅扭曲的磁场畸变分别约95％和50％的效果。
表A
图象重合校正 光栅旋转校正
(％) (％)@光栅位置： 拐角 12/6 拐角 12/6点钟图13Z轴＋矩形 -62 -91 -78 -401570×690毫米绕线段和两个单独的绕线图14宽的梯形 -37 -82 -10 -100最大510毫米；最小50毫米2860毫米绕线段图15窄的梯形 -88 -63 -39 -50最大220毫米；最小50毫米1950毫米绕线段图16窄的梯形 -75 -82 -100 +30最大220毫米；最小50毫米2530毫米绕线段图17窄的梯形 -37 -63 -70 -30最大220毫米；最小110毫米2530毫米绕线段图18短窄的梯形 -100 -91 -65 -50最大230毫米；最小110毫米2380毫米绕线段
Claims (8)
1.一种扫描电子束显示装置，具有安装在阴极射线管颈部发射多个电子束的电子枪结构，该电子枪沿Z轴朝着荧光屏发射所述电子束，该荧光屏确定垂直于管子纵向Z轴的X轴和Y轴；荧光屏有与电子束相对应的成组的离散荧光体区域；沿管子配置用于使电子束在所述X和Y轴上扫描的偏转线圈；以及在电子枪和荧光屏之间的荫罩，该荫罩有相对于成组构造对准和定位的小孔，以使得电子束各自入射在每一个所述成组的离散荧光体区域上，该装置受到外磁场的作用并进一步包括适于接收直流电流的直流磁场补偿线圈，用以减小由于外磁场所产生的电子束的偏转，其特征在于，所述补偿线圈(50)的第一线圈段(52)至少有垂直于所述Z轴配置的一圈用以提供有Z轴分量的补偿磁场，上线圈段(62)和下线圈段(64)分别配置在第一线圈段(52)的上面和下面，所述上(62)和下(64)线圈段的每一个是沿Z轴向前倾斜并具有包围住在X和Y方向上的一个区域的环路(66、68)，上(62)和下(64)线圈段产生补偿磁场。
2.按照权利要求1所述的装置，其中所述的阴极射线管还包括一个沿Z轴在偏转线圈前面配置的基本上呈漏斗形的可导磁的屏蔽罩，其特征在于，第一线圈段(52)基本上包围住阴极射线管的偏转线圈(36)和屏蔽罩(80)之间的部分，上(62)和下(64)线圈段一般配置得平行于屏蔽罩(80)的上和下表面。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，上(62)和下(64)线圈段基本上是梯形形状，具有沿Z轴前置的较宽的X轴尺寸。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，屏蔽罩(80)具有对准上(62)和下(64)线圈段的垂直段(66)的孔(84)。
5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，第一线圈段(52)和上(62)和下(64)线圈段是串联连接的。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，第一线圈段(52)包括比上(62)和下(64)线圈段较多的绕线数。
7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，第一线圈段(52)和上(62)和下(64)线圈段是串联连接的，上(62)和下(64)线圈段有与第一线圈段(52)在其侧面连接的侧面段(66)，第一线圈段(52)毗连所述上(62)和下(64)线圈段有较少的横向延伸的绕线，而在第一线圈段(52)的侧面有较多的垂直延伸的绕线数。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，第一线圈段(52)和上(62)和下(64)线圈段是由连续的线材段构成的，从上(62)和下(64)段之一开始，环绕第一段(52)一整圈后到上(62)和下(64)段的其余一个，侧向沿着第一线圈段(52)到所述的上(62)和下(64)段之一，由此所述第一线圈段(52)有连续线材的两次通过，上(62)和下(64)段的每一个有连续线材段的一次通过。
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