CN1245585A - 具有几何失真校正的偏转系统 - Google Patents

Abstract

一种视频显示偏转装置包括垂直偏转线圈。隔离器用于在其上安装垂直偏转线圈。隔离器有与阴极射线管颈部形状一致的漏斗形第一部分和构成接近荧光屏的隔离器前端部分的第二部分。第一和第二部分的张开程度实质上不同。在隔离器(2)上安装鞍形水平偏转线圈(3),该水平偏转线圈产生偏转场,以使电子束沿显示荧光屏(9)的水平轴扫描。水平偏转线圈包括形威一对侧边部分、接近管子电子枪的后端线匝部分(19)、和接近荧光屏(9)的前端线匝部分(29)的多个绕组线匝。在0度与30度之间的径向角位置范围中的至少前端线匝部分的一部分远离边界且被支撑在所述隔离器的第二部分上。因此,在荧光屏的方向上延伸水平偏转线圈的有效长度,从而提供北－南光栅失真校正。可渗磁的磁芯(5)与偏转线圈一起构成无永久磁铁的偏转系统。

Description

具有几何失真校正的偏转系统

本发明涉及用于视频显示装置的彩色阴极射线管(CRT)中的偏转系统。本发明特别涉及具有一对用于校正形成于CRT荧光屏上的北南图象几何失真的鞍形水平偏转线圈的偏转系统。

背景技术

产生彩色图象的CRT通常包括电子枪，该电子枪发射三束共面电子束(R、G和B电子束)以分别在荧光屏上激发给定原色红、绿和蓝的发光或含磷材料。该偏转系统被安装于管颈上，由其水平和垂直偏转线圈或绕组产生偏转场。按照常规方式铁磁性材料的环或磁芯围绕偏转线圈。

为了避免称为会聚误差的电子束着屏误差，要求所产生的三束电子束会聚于荧光屏上，否则在彩色再现上会产生偏差。为了提供会聚，已知采用称为自会聚的象散偏转场。在自会聚偏转线圈中，在更接近荧光屏的线圈前部，由水平偏转线圈产生且用磁力线描绘的场不均匀性通常呈枕形。

由于R束和B束以相对于管子纵轴的较小角度穿过偏转区，相对于中心G束的偏转来说它们还承受附加的偏转，因而产生彗形象差。就水平偏转场而言，通常通过在束进入区或用于会聚误差校正的上述枕形场之后的偏转系统的区域内产生桶形水平偏转场，来校正彗形象差。

随着扫描线从荧光屏中心到角部，绿色图象相对于红色和蓝色图象之间的中点逐渐水平方向偏移，在图象侧面的垂直线上呈现彗形抛物线失真。如果该偏移朝向图象外部或侧面进行，这种彗形抛物线误差通常被称作正的。如果该偏移朝向图象内部或中心进行，这种彗形抛物线误差通常被称作负的。

由于荧光屏表面的非球面形状，因而局部产生称为枕形失真的几何失真。随着荧光屏曲率半径的增大，在图象顶部和底部被称为北-南失真和在图象侧面被称为东-西失真的图象失真变得越来越大。

当荧光屏有大于1R例如1.5R或以上的较大曲率半径时，在未采用磁性辅助部件例如分流器或永久磁铁等的情况下越来越难以解决例如几何失真等束着屏误差。例如，在图2的现有技术偏转系统中，在偏转系统的前部设置永久磁铁，减小北-南几何失真。

习惯作法是把偏转场沿管子纵轴划分为三个连续的作用区域：最接近电子枪的背部或后部区域，中间区域和最接近荧光屏的前部区域。通过控制后部区域中的场来校正彗形象差。通过控制前部区域中的场来校正几何误差。在后部和中间区域校正会聚误差，并且在前部区域中对会聚误差影响最小。

希望通过控制偏转线圈的绕组分布而不采用例如分流器或永久磁铁之类的磁性辅助部件来减小北-南几何失真。由于分流器或永久磁铁在系统中不利地产生与较高水平频率有关特别是当水平频率为32kHz、或64kHz或以上时的加热问题，因而希望取消这些辅助部件。在某种意义上，这些附加部件还会增加不希望的在所生产的偏转系统中的偏差，从而降低如几何误差、彗形象差、彗形抛物线误差或会聚误差等误差的校正。

在图2的现有技术偏转系统中，由与管子形状一致且作为隔离器基本长度的主体部分161构成隔离器，其中在该管子上安装偏转系统。可是，在垂直于Z轴的平面中隔离器的前端160偏离开管子的漏斗形轮廓。前端160的内表面用于支撑水平偏转线圈的前端线匝。前端160的圆形内边界162构成垂直于Z轴的部分160与有与管子漏斗形部分的圆锥形一致的张开部分的部分161之间的边界。隔离器的张开的前端160的壁表面是平的并垂直于主Z轴。在线圈绕制工艺过程期间，将可伸缩的销钉垂直于XY平面插入，在绕组中形成角部。在图2的现有技术系统中，销钉大体设置于在部分160与161之间隔离器前端160的边界圆环162上。

希望利用前端160来增加线圈的有效长度。线圈有效长度的增加有助于相对垂直偏转线圈的偏转中心偏移水平偏转线圈的偏转中心。

按照本发明的特征，离边界圆环较远地设置绕组中由销钉产生的角部。由此，线圈的主要部分有利地在前端160中延伸。其结果是线圈的有效长度有某些增加，以减小北-南几何失真。

发明概述

体现本发明特征的视频显示偏转装置包括第一和第二偏转线圈。隔离器用于在其上安装第一和第二偏转线圈。该隔离器有与阴极射线管颈部形状一致的漏斗形第一部分和构成接近荧光屏的隔离器前端部分的第二部分。所述第一和第二部分的张开程度基本上不同。第二偏转线圈包括形成一对侧边部分、接近管子电子枪的后端线匝部分和接近荧光屏的前端线匝部分的多个绕组线匝。在某种意义上说，在0度与30度之间的径向角位置范围中的前端线匝部分的至少一部分被支撑在远离边界的隔离器的第二部分上，在荧光屏的方向上延伸第二偏转线圈的有效长度，从而提供光栅失真校正。

附图的简要说明

图1展示按照本发明配置的安装于阴极射线管上的偏转系统；

图2展示按照现有技术的偏转系统的正视分解图；

图3展示按照本发明配置的形成于线圈中间区域的鞍形线圈的剖面图；

图4a、4b和4c分别表示按照本发明配置的线圈的侧视图、顶视图和正视图；

图5a和5b表示在图4a、4b和4c的鞍形线圈前部中绕组销钉相对于隔离器的位置；和

图6表示由按照本发明配置的线圈产生的水平偏转场分布函数的系数沿管子主轴Z的变化和在XY平面的前端线匝中线圈延长部的影响。

最佳实施例的描述

如图1所示，自会聚彩色显示装置包括备有抽真空的玻璃外壳6和发光或磷光单元配置的阴极射线管(CRT)，该发光单元配置表示设置于一个构成显示荧光屏9的外壳末端上的三原色R、G和B。电子枪7设置于外壳的第二末端上。为了激发相应的发光颜色单元，这样设置电子枪7的组，使其产生水平对准的三束电子束12。通过安装于管子颈部8上的偏转系统1的操作使电子束扫描荧光屏表面。偏转系统1包括通过隔离器2相互隔离的一对水平偏转线圈3和一对垂直偏转线圈4以及用于增强电子束路径上的场的铁磁性材料5的磁芯。

图4a、4b和4c分别展示按照本发明一个方案的成对的鞍形水平线圈或绕组3中之一的侧视图、顶视图和正视图。由导线环路形成各绕组线匝。成对的水平偏转线圈3中的每一个有接近电子枪7且沿纵轴或Z轴延伸的图4a和4b的后端线匝部分19。沿通常垂直于Z轴的方向使接近显示荧光屏9设置的前端线匝部分29弯曲离开Z轴。最好以单件形式而不是以由两个分离部件组装的形式来制造磁芯5和隔离器2的每一个。

通过在X轴一侧上沿Z轴且构成侧边绕组部分的侧边导线束120、120′和在X轴的另一侧上的侧边导线束121、121′，图4a-4c的鞍形线圈3的前端线匝部分29的导线与后端线匝部分19连接。位于偏转线圈偏转磁场束出口区域23中的侧边导线束120、120′和121、121′的部分构成图4a的前部间隙21、21′和21″。前部间隙21、21′和21″影响或改变电流分布谐波，以校正例如形成在荧光屏上的诸如北-南失真等的图象几何失真。同样地，位于偏转线圈3的入口区域中的侧边导线束120、120′和121、121′的部分形成后部间隙22和22′。间隙22和22′具有所选的用于校正水平彗形象差的绕组分布。端部线匝部分19和29以及侧边导线束120′和121′限定主绕组窗口18。

可以用被覆电绝缘体和热固性胶的小尺寸的铜线绕制图4a-4c的鞍形线圈。在大体按其最终形状绕制鞍形线圈的绕制机中进行缠绕，并在绕制工艺过程中引入图4a-4c中的间隙21、21′、21″、22、22′。由限制间隙可能呈现的形状的缠绕头中的可伸缩销钉确定这些间隙的形状和位置。每一个销钉在销钉附近产生相应的绕组角以改变导线方向。

在缠绕之后，各鞍形线圈被保持在模具中，并且为了获得要求的机械尺寸还对其施加压力。为了软化热固性胶使电流流过导线，然后为了使导线相互粘接和形成自支撑的鞍形线圈，再对其进行冷却。

沿端部线匝部分29的纵向Z轴的区域限定线圈3的束出口区或区域23。沿窗口18的纵向Z轴的区域限定中间区或区域24，并在一个极端，从其中连接侧边导线束120′和121′的角部17的Z轴坐标开始延伸。由部分29限定窗口18的另一个极端。位于窗口18之后的后部中且包括后端线匝19的线圈区域被称为束入口区或区域25。

主要在后部或入口区25中校正彗形象差。主要在出口区23中或出口区23附近校正例如东-西和北-南失真等几何误差。在出口区23中对会聚误差的影响最小，主要在中间区24和入口区25中对会聚误差进行校正。

图3是在中间区24与XY平行的平面中的鞍形线圈3的剖面图。因对称的原因，图中仅示出了一半线圈的剖面。该一半线圈包括导体50的线束120、120′。用其径向角度位置θ表示各导体位置。组120的导线设置于零度与θL度角之间，而组120′的导线设置于θ1和θ2之间。

由于绕组对称性的原因，线圈安匝密度N(θ)的傅里叶级数展开可记为：

N(θ)＝A1·cos(θ)+A3·cos(3θ)+A5·cos(5θ)+…………+AK·cos(Kθ)+…………    (公式1)

其中： $\mathrm{AK}=(4/\mathrm{\π})\·{\∫}_0^{\mathrm{\π}/2}N\left(\mathrm{\θ}\right)\·\cos \left(\mathrm{K\θ}\right)\·\mathrm{d\θ}$

                                          (公式2)

磁场假定公式：

H＝A1/R+(A3/R³)·(X²-Y²)+(A5/R⁵)·(X⁴-6X²·y²+Y⁴)+…(公式3)

其中R是围绕偏转线圈的铁氧体磁芯的磁路半径。项A1/R表示场分布函数的零次系数或基波场成分，项(A3/R³)·(X²-Y²)表示在坐标X和Y的点场分布函数的二次系数并且与绕组分布的三次谐波有关。项(A5/R⁵)(X⁴-6X²·Y²+Y⁴)表示该场的四次系数或五次谐波，等。

正项A3相应于轴上产生枕形场的正场的二次系数。在所有导线中电流沿相同方向环流的情况下，N(θ)通常是正的，如果导线被设置于θ＝0度和θ＝30度角之间，那么项A3是正的。这是因为cos(3θ)是正的。通过在预定的角度范围内设置导线可以局部引入所有都为正的场的有意义的正二次系数以及场的正四次系数。

为了保持来自一字形电子枪的电子束会聚，已知使图4a和4b的中间区24的线性偏转场的二次系数为正。为此，至少在中间区24的一部分中使侧边导线束120的大部分导线保持在0度与30度角之间的径向角度位置范围内。可是，由于该控制电子束会聚的方法引入了大的彗形抛物线误差，因而必须校正该彗形抛物线误差。

通过在设置后端线匝部分19的区域25中引入间隙22、22′，可校正彗形象差。在区域24和25中开出的另外的间隙26允许调整残余的彗形象差和彗形抛物线误差。这样，利用例如图4a、4b和4c所示的线圈结构，在该线圈结构中用间隙22、22′和26调整彗形象差和用间隙26和21″调整电子束会聚，会聚误差和彗形象差被减小到可接受的值。

在前端线匝部分29附近的中间区的前部的导线束配置有助于减小产生于荧光屏上的图象北-南几何失真。图4a的线束150、151、152束一起包含大部分线圈导线，并且在XY平面中设置于0度与30度之间的范围内的径向角度位置中。

如图1所示，由与管子形状一致且作为隔离器基本长度的漏斗形主体部分161构成隔离器，其中在该管子上安装偏转系统。此外，隔离器的前端160构成垂直于Z轴的平面，所述前端在垂直平面XY中离开管子漏斗形轮廓部分地延伸。前端160的内表面用于支撑水平偏转线圈的前端线匝29。前端160的圆形内区周边或边界162构成垂直于Z轴的部分160与有与管子漏斗形部分的圆锥形一致的张开形状的部分161之间的边界。内边界162在隔离器的每一半中为半圆形。在线圈绕制工艺过程期间，在侧部边界与端部线匝29连接的区域中，将可伸缩的销钉垂直于XY平面插入。

在实现本发明的特征中，距图4c的隔离器前端160与主体部分161的边界半圆162较远地设置绕组中由销钉产生的角部。通过离边界半圆162较远地设置端部线匝29的内周边163，可使残余的北-南几何误差减小到可接受的值。如前所述，边界半圆162插入在隔离器主体161与其前端160之间。

有利的是，通过在前端160且离开边界半圆162地设置的销钉产生的绕组角部位置上的偏移在作用区中朝向管子前部地延伸水平偏转场的有效长度，并且还提供由这种类型的场产生的图象北-南几何失真的校正。

并且，通过在前端160且离开边界半圆162地设置的销钉产生的绕组角部位置上的偏移增加了水平与垂直偏转中心之间的距离。正如N.Azzi发表于Society of Information Display(SID)conference in1995、题目为“Design of a North-South pin-coma free 108 degreeself-converging yoke for CRTs with super flat face plate”的论文中所述那样，偏转中心之间距离的增加允许更好地控制图象的北-南几何失真。

在实施本发明的最佳模式中，偏转系统安装于A68SF型管上，该管具有非球面型的荧光屏，该荧光屏的水平边缘有3.5R数量级的曲率半径。隔离器具有构成支撑端部线匝29的表面的圆环形的前端160。前端160是平坦的并平行于XY平面。前端线匝29在垂直于Z轴的方向上延伸，这提供了沿Z轴方向保持偏转系统的较短尺寸的优点。并且，由于在绕制期间将可伸缩销钉垂直模具表面插入，因而有助于在模具中更容易地制造绕组，由此在所述绕制期间可获得对导线的更好保持。

图5a以正视图形式展示在位置165、166和167处前部销钉相对隔离器的位置。图5b以径向剖视图形式展示在位置165前部销钉的径向位置。在绕制工艺进程中，在图5a的位置165、166和167处插入销钉，分别产生导线束150、151和152。各销钉在绕组中与销钉接触的区域上产生相应的绕组角部。线束150包含导线总数的57％，线束151和152分别包含导线总数的11％和26％。在XY平面中分别在等于10、20和30度的径向环位置上设置销钉。在环160上相对边界半圆162移动或偏移销钉。边界半圆162基本上是半径等于54.5mm的圆。按距销钉圆形截面部分中心的距离离开边界半圆162地设置销钉的位置因而绕组角部的位置也这样设置，其中对所有销钉来说该距离是相同的。该距离δ等于4mm的值。这样，各绕组角部离开边界半圆162地设置。

已考虑了包括仅偏移在10度的销钉、仅偏移在20度的销钉、仅偏移在30度的销钉、然后同时偏移两处销钉的各种组合。已表明：使约位于30度的位置167的销钉偏移可提供对相对图象水平边缘的外部北-南几何误差的最灵敏的控制。在用于A68SF管的偏转系统的情况下，有利的是，在位置167的销钉位置本身偏移4mm会引起相对0％的基准状况的外部北-南枕形误差-1.11％。在位置165到167的销钉不被偏移并位于边缘或边界半圆162上时获得基准状况。有利的是，可获得外部北-南枕形误差的改善而不会降低会聚参数。期望-1％的偏离，因为它可在荧光屏上提供枕形图形。由于无几何失真，在距荧光屏距离等于图象高度的5倍处的观看者可觉察到-1％的枕形图形。

在对位置165至167处的三个销钉所选的位置上径向偏移4mm可简化线圈的制造而不会限制该结构。如果需要，通过使前部销钉相对边缘边界半圆162偏移不同的量，作为荧光屏尺寸和平面度的函数，可选择较好的北-南几何控制。

该配置导致-1.06％的外部枕形误差和在荧光屏水平边缘与中心之间的一半距离处测量的-0.40％的内部枕形误差。由于内部和外部北-南几何误差保持枕形形状，因而这些值是可接受的并且不必采用附加场成形器。对于外部枕形的理想值为-1％数量级，对于内部枕形的理想值为-0.4％至-0.8％数量级。

图6表示水平偏转场的场分布函数的零和更高次系数的变化。特别是，图6表示零次系数H0和二次系数H2朝向作用区前部的轻微偏移。根据图6的曲线计算的下列值表明朝向前部的这种偏移：

       位置162处的销钉     偏移的销钉H0积分         261.699          262.869场重心       Z＝-22.568mm    Z＝-22.304mm有效场长度    101.021mm        101.616mm

尽管两个结构之间的值之差较小，但它们足以提供预定的几何校正。当管子面板较平坦时，装置对偏转中心位移的灵敏度更显著。

并不限于上述实例。按照未示出的实施模式，张开的前端有旋转内壁，该张开部分不与Z轴垂直而是朝向管子前部倾斜，并具有例如截锥形的表面。该配置能够增加由销钉朝向外部偏移产生的作用，但同样也增加对例如会聚和彗形象差等其它参数的影响，使取决于这些后述参数的残余几何误差的控制减弱。

同样地，销钉数、并因而形成于0至30度的径向开口中的导线束的数量取决于荧光屏的尺寸和其平面度，并因而可以大于或小于三个或三束。

最后，控制残余几何误差的该原理可以是以与控制东-西几何失真的方式相同的方式，并由此可用于垂直偏转线圈的设计。

Claims (10)

1.一种视频显示偏转装置，包括：

第一偏转线圈，所述第一偏转线圈产生偏转场，以使电子束沿阴极射线管显示荧光屏的第一轴扫描；

鞍形的第二偏转线圈，所述第二偏转线圈产生偏转场，以使所述电子束沿所述阴极射线管的所述显示荧光屏的第二轴扫描；

在其上安装所述第一和第二偏转线圈的隔离器，所述隔离器有与所述阴极射线管颈部形状一致的漏斗形第一部分和构成接近所述荧光屏的所述隔离器前端部分的第二部分，所述第一和第二部分的张开程度实质上不同，所述第二偏转线圈包括形成一对侧边部分、和接近所述荧光屏的前端线匝部分的多个绕组线匝，以便在0度与30度之间的径向角位置范围中于所述侧边部分之一与所述前端线匝部分之间形成绕组角部，所述绕组角部被设置于离开所述第一与第二部分之间边界的所述隔离器的所述第二部分上，以在所述荧光屏的方向上延伸所述第二偏转线圈的有效长度，从而提供光栅失真校正；和

可渗磁的磁芯，与所述第一和第二偏转线圈一起构成无永久磁铁的偏转系统。

2.根据权利要求1所述的视频显示偏转装置，其特征在于：所述0度与30度范围内的所述前端线匝部分被支撑于所述隔离器的所述第二部分表面上，其中所述的支撑着的第二部分垂直于所述管子的纵轴。

3.根据权利要求1所述的视频显示偏转装置，其特征在于：在所述侧边部分前部的大部分导线位于0度与30度之间的所述角度位置范围中。

4.根据权利要求1所述的视频显示偏转装置，其特征在于：所述第二偏转线圈是水平偏转线圈。

5.根据权利要求1所述的视频显示偏转装置，其特征在于：所述第二偏转线圈作为在所述隔离器外的单元形成，并在形成后与所述隔离器组装，构成所述偏转系统。

6.根据权利要求1所述的视频显示偏转装置，其特征在于：用确定距所述绕组角部的所述边界的距离的可伸缩销钉在绕制机器中形成所述第二偏转线圈。

7.根据权利要求1所述的视频显示偏转装置，其特征在于：所述第二偏转线圈的所述有效长度在所述荧光屏的所述方向上延伸，以提供北-南光栅失真校正。

8.根据权利要求1所述的视频显示偏转装置，其特征在于：所述偏转系统在束出口区中无永久磁铁。

9.一种视频显示偏转装置，包括：

第一偏转线圈，所述第一偏转线圈产生偏转场，以使电子束沿阴极射线管显示荧光屏的第一轴扫描；

鞍形的第二偏转线圈，所述第二偏转线圈产生偏转场，以使所述电子束沿所述阴极射线管的所述显示荧光屏的第二轴扫描，所述第二偏转线圈包括形成一对侧边部分、接近所述荧光屏的前端线匝部分的多个绕组线匝，和形成在0度与30度之间的径向角度位置范围中于所述至少一个侧边部分与所述前端线匝部分之间的绕组角部，所述至少一个侧边部分具有与所述阴极射线管颈部形状一致的第一部分和插在所述第一部分与所述绕组角部之间的第二部分，所述第二部分的张开程度与所述第一部分的张开程度不同，以便离开所述第一与第二部分之间的边界来设置所述绕组角部，在所述荧光屏的方向上延伸所述第二偏转线圈的有效长度，从而提供光栅失真校正；和

可渗磁的磁芯，与所述第一和第二偏转线圈一起构成偏转系统。

10.根据权利要求9所述的视频显示偏转装置，其特征在于：还包括隔离器，所述0度与30度范围内的所述前端线匝部分被支撑于垂直于所述管子纵轴的所述隔离器部分的表面上。

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