DE3032322C2

DE3032322C2 -

Info

Publication number: DE3032322C2
Application number: DE3032322A
Authority: DE
Inventors: Josef Princeton N.J. Us Gross; William Henry Pennsauken N.J. Us Barkow
Original assignee: RCA Licensing Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1979-08-27
Filing date: 1980-08-27
Publication date: 1990-12-13
Also published as: JPH06223740A; JPH0793112B2; ATA431980A; FR2482365B1; GB2058446B; IT8024266A0; JPH0652648B2; AT390525B; JPH0785405B2; DE3032322A1; FR2482365A1; GB2058446A; JPS5663752A; IT1132462B; JPH06267456A

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstkonvergierende Ablenkeinheit für eine Inline-Fernsehbildröhre mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Zur Erzeugung eines Bilds auf dem Leuchtschirm einer Farbbildröhre muß der durch drei Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm erzeugte Leuchtfleck rasterförmig horizontal als auch vertikal über den Bildschirm abgelenkt werden. Dies geschieht mit Hilfe von Magnetfeldern, die von einer auf dem Hals der Bildröhre montierten Ablenkeinheit (Ablenkjoch) erzeugt werden, deren Horizontal- und Vertikalablenksystem im wesentlichen unabhängig voneinander sind. Das Horizontalablenkfeld hat im wesentlichen vertikal verlaufende Feldlinien, deren Intensität sich mit der verhältnismäßig hohen Zeilenfrequenz ändert. Das Vertikalablenkfeld hat im wesentlichen horizontal verlaufende Feldlinien und ändert sich mit der verhältnismäßig niedrigen Bildfrequenz. Die Spulenleiter können den Magnetkern des Ablenkjochs entweder als Toroidwicklung umschlingen oder Sattelspulen bilden, die den Kern nicht umschlingen.

Die Elektronen der verschiedenen Elektronenstrahlen durchlaufen größere Strecken, wenn sie zum Rand des verhältnismäßig ebenen Bildschirms abgelenkt werden, als wenn sie auf die Mitte des Bildschirms gerichtet sind. Wegen der getrennten Strahlerzeugungssysteme können daher die Auftreffpunkte der drei Elektronenstrahlen auseinanderlaufen, wenn diese auf den Rand des Bildschirms oder in dessen Nähe abgelenkt werden. Außerdem bewirken die früheren, nahezu völlig homogenen magnetischen Ablenkfelder eine Überkonvergenz der Elektronenstrahlen bei deren Ablenkung aus der Mitte des Bildschirms. Durch das Zusammenwirken dieser Effekte tritt außerhalb der Mitte des Bildschirms eine Trennung der drei Lichtflecke ein: man spricht dann von einem Konvergenzfehler und es treten Farbsäume an den Rändern der wiedergegebenen Bilder auf.

Bis zu einer gewissen Größe sind solche Konvergenzfehler tragbar, eine völlige Trennung der drei Leuchtflecke ist jedoch im allgemeinen nicht annehmbar. Die Konvergenzfehler können durch die Abweichung der sich im Idealfalle deckenden roten, grünen und blauen Linien eines Kreuzgitter-Linienmusters ausgedrückt und gemessen werden, welches sich durch ein geeignetes Testsignal auf dem Bildschirm erzeugen läßt. Jeder der drei Elektronenstrahlen schreibt ein Raster der betreffenden Farbe. Bei einer Inline-Bildröhre erregt der mittlere Elektronenstrahl gewöhnlich den grünen Leuchtstoff und die beiden äußeren Elektronenstrahlen den roten bzw. blauen Leuchtstoff, so daß der Mittelstrahl ein grünes Raster und die beiden Außenstrahlen ein rotes bzw. blaues Raster schreiben. Mit Hilfe des Testsignals wird in jedem dieser Raster ein Kreuzgittermuster geschrieben.

Bei den füheren Delta-Strahlerzeugungssystemen wurde die Konvergenz der Elektronenstrahlen an Stellen außerhalb der Mitte des Bildschirms durch dynamischen Konvergenzeinrichtungen erreicht, die zusätzliche Konvergenzspulen am Hals der Bildröhre enthalten und durch dynamische Konvergenzschaltungen mit ablenkfrequenten Signalen gespeist werden, um Magnetpolstücke innerhalb des Halses der Bildröhre zu erregen und dadurch eine korrigierende Ablenkung der Strahlen zu bewirken, wie es z. B. in der US-PS 39 42 067 beschrieben ist.

Bei neueren Inline-Strahlerzeugungssystemen, wie sie z. B. in den US-PS 37 89 258 und 38 00 176 beschrieben sind, verwendet man Ablenkwicklungen, die einen negativen horizontalen isotropen Astigmatismus und einen positiven vertikalen isotropen Astigmatismus bewirken, so daß eine Konvergenz der Elektronenstrahlen an allen Punkten des Rasters erreicht wird. Man braucht daher keine dynamische Konvergenzeinrichtung mehr. Infolge der ungleichförmigen Magnetfelder, die den für die Selbstkonvergenz erforderlichen isotropen Astigmatismus ergeben, ist die Konvergenz jedoch von der Lage der Längsachse der Ablenkeinheit bezüglich der Längsachse der unabgelenkten Strahlen abhängig. Diese Abhängigkeit und die üblichen Herstellungstoleranzen, die die Strahlposition in der Röhre beeinflussen, machen es erforderlich, die Ablenkeinheit quer zur Röhrenachse zu justieren, um den bestmöglichen Kompromiß hinsichtlich der Konvergenz zu erreichen. Eine Beschreibung der Größe der Konvergenzänderung bei einer Änderung der Position der Ablenkeinheit bezüglich der Elektronenstrahlen findet sich in der oben bereits erwähnten US-PS 37 89 258. Bei diesen bekannten Ablenkeinheiten muß die innere Kontur etwas größer gemacht werden als die entsprechende Kontur des Kolbens der Bildröhre, z. B. um 2 bis 6 mm, um den Zwischenraum zu schaffen, der für eine Querbewegung der Ablenkeinheit (oder eine Kippbewegung, die durch eine Querverschiebung des freien Endes der Ablenkeinheit bewirkt wird) bezüglich der Elektronenstrahlen benötigt wird, um die bestmögliche Konvergenz über die gesamte Bildschirmfläche zu erreichen.

Die für die Herstellung einer Ablenkeinheit erforderliche Menge an Material soll so klein wie möglich gehalten werden. Deshalb soll die Ablenkeinheit so ausgelegt werden, daß sie möglichst knapp auf den Halsteil der Bildröhre paßt. Infolge der Herstellungstoleranzen muß die Innenfläche der Ablenkeinheit etwas größer ausgelegt werden, als die nominale Außenfläche des Bildröhrenhalses, so daß eine Ablenkeinheit mit der maximal zulässigen Minustoleranz (kleinster zulässiger Innendurchmesser) noch satt auf einen Röhrenhals mit der maximal zulässigen Plustoleranz (maximal zulässiger Außendurchmesser) paßt. Bei einer solchen Auslegung kann man die Ablenkeinheit als im wesentlichen genau oder satt auf den Hals der Bildröhre passend ansehen, auch wenn zwischen einer Ablenkeinheit mit einem mittleren Innendurchmesser und einem Röhrenhals mit einem mittleren Außendurchmesser ein Zwischenraum verbleibt.

Bei einer solchen genau passenden Ablenkeinheit verläuft praktisch der ganze von den Spulen erzeugte Magnetfluß innerhalb des Halses der Bildröhre. Bei einer Ablenkeinheit, die nicht genau auf den Röhrenhals paßt, sondern hinsichtlich ihres Durchmessers überdimensioniert ist, verläuft ein Teil des Magnetflusses im Zwischenraum zwischen der Ablenkeinheit und dem Bildröhrenhals. Der Fluß außerhalb des Röhrenhalses ist für die Ablenkung nutzlos und erhöht nur die Gesamtenergie, die im Ablenkfeld gespeichert werden muß, um eine Ablenkung gewünschter Größe zu erreichen. Da die gespeicherte Energie periodisch in der Ablenkeinheit aufgebaut und wieder abgebaut werden muß, braucht man bei einer nicht genau auf den Hals der Bildröhre passenden Ablenkeinheit eine höhere Ablenk-Blindleistung und es treten höhere Spulenverluste auf. Eine Ablenkeinheit, die satt oder genau auf den Hals der Bildröhre paßt, kann andererseits durch Ablenkschaltungen gespeist werden, die weniger Blindleistung zu liefern vermögen und weniger Verlustleistung verbrauchen. Man kann daher eine höhere Ablenkempfindlichkeit und zuverlässigeres Arbeiten als bei einer lose passenden Ablenkeinheit erwarten. Die Lageempfindlichkeit der bisher verwendeten selbstkonvergierenden Ablenkwicklungen erforderte jedoch, wie erwähnt, die Möglichkeit eine Einjustierung durch eine Querverschiebung, um die gewünschte Konvergenz zu erreichen, und es war daher bisher nicht möglich, selbstkonvergierende Ablenkeinheiten, die satt und genau auf den Hals der Bildröhre passen, in Massenfertigung herzustellen.

Es sind verschiedene Arten des Konvergenzabgleichs durch Positionieren der selbstkonvergierenden Ablenkeinheit bezüglich der Elektronenstrahlen bekannt. Bei einem aus der bereits erwähnten US-PS 37 89 258 bekannten Verfahren wird an der Bildröhre zuerst die für sie bestimmte Ablenkeinheit angebracht. Anschließend wird die statische Konvergenz eingestellt und die Ablenkeinheit wird dann quer zur Röhrenachse zu vertikaler und/oder horizontaler Richtung verschoben, bis die bestmögliche Konvergenz erreicht ist, und anschließend mit einem Kleber oder einer geeigneten Befestigungsvorrichtung fixiert. Die Ablenkeinheit kann bei ihrer Herstellung mit einer Standard-Bildröhre geprüft werden, um sicherzustellen, daß ihre Eigenschaften innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen. Bei einer derzeit von einem größeren Hersteller produzierten Farbfernseh-Wiedergabeeinrichtung wird das oben genannte Verfahren in einer zweistufigen Version verwendet. Die Bildröhre dieser Wiedergabeeinrichtung ist so ausgebildet, daß sie während der letzten Stufen ihrer Herstellung mit einer Standard-Ablenkeinheit individuell einjustiert werden kann und auf der Basis dieses Abgleichs wird an der Röhre eine Anordnung zur Positionierung der Ablenkeinheit angebracht. Ferner werden bei dieser Einrichtung vorabgeglichene Ablenkeinheiten mit komplementären Positionierungsanordnungen verwendet. Schließlich ist der Ablenkeinheit eine einstellbare Schaltung zur elektrischen Kompensation einer etwa verbliebenen horizontalen Dejustierung der Strahlen am Vertikalablenkfeld zugeordnet. Da also jede Röhre und jede Ablenkeinheit für sich vorabgeglichen wird, paßt jede Ablenkeinheit automatisch zu jeder Röhre und die Ablenkeinheit braucht daher nur bis zum Sitz auf den Hals der Röhre geschoben zu werden und es ist kein weiterer Abgleich durch den Gerätehersteller oder Benutzer erforderlich. Ein solcher aufwendiger Vorabgleich jeder einzelnen Röhre ist jedoch unzweckmäßig.

Aus der Zeitschrift "Funk-Technik" 1976, Nr. 23, Seiten 764 bis 767 (Patrick Brown: Die selbstkonvergierende Ablenkmittelserie FTX) ist es bekannt, an der Vorderseite des Jochs zum Zwecke der Strahlkonvergenz das Horizontalablenkfeld kissenförmig und das Vertikalablenkfeld tonnenförmig auszubilden. Am rückwärtigen Jochende sind Feldformer angeordnet, die dort zum Zwecke der Komakorrektur das Horizontalfeld tonnenförmig und das Vertikalfeld kissenförmig verzerren. Ferner ist es aus den Technischen Mitteilungen AEG-Telefunken 1975, Nr. 7, Seiten 242 bis 246 (Helmut Seifert und Günter Stephan: Farbbildröhre A 66-500x und Ablenkeinheit AEF 1080, Bauelemente eines selbstkonvergierenden Farbfernsehsystems) bekannt, bei einem Farbwiedergabesystem ein kissenförmiges Horizontalablenkfeld und ein tonnenförmiges Vertikalablenkfeld zu verwenden, wobei jedoch das Ablenkjoch gegenüber der Bildröhrenachse mit Hilfe eines Zentrierrings genau ausgerichtet wird.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ablenkjoch zu schaffen, welches ohne Einbuße an Koma- und Kissenverzeichnung gegen Jochquer- oder Kippbewegungen unempfindliche Konvergenz ergibt.

Erfindungsgemäß werden die Inhomogenitäten der Ablenkfelder an diejenigen Stellen verlegt, wo sie am stärksten wirksam sind, so daß man mit möglichst kleinen Inhomogenitäten arbeiten und so die Konvergenzempfindlichkeit gegen Jochbewegungen minimal halten kann. Das erfindungsgemäße selbstkonvergierende Inline-Strahlerzeugungssystem gewährleistet eine optimale Konvergenz der drei Elektronenstrahlen über das ganze Raster, ohne daß hierfür ein Querverschieben oder Kippen des Ablenkjoches oder ein Vorabgleich erforderlich wäre. Es braucht auch nicht hinsichtlich der Selbstkonvergenz einjustiert zu werden, da die Konvergenz durch die Bewegung der Ablenkeinheit ja nicht wesentlich beeinflußt wird. Bisher hatte man dieses Resultat als Widerspruch in sich selbst angesehen, da man annahm, daß die ungleichförmigen Ablenkfelder, die für die Erzielung der Selbstkonvergenz durch unterschiedliche Ablenkungen der Elektronenstrahlen erforderlich sind, notwendigerweise eine genaue Einjustierung der Ablenkfelder bezüglich der Längsachse der unabgelenkten Elektronenstrahlen bedingen. So wird z. B. in der US-PS 40 60 836 ausgeführt, daß eine Koinzidenz der Achsen des Ablenkfelds und der Bildröhre eine notwendige Bedingung für das Erreichen einer Konvergenz ohne zusätzliche Hilfsmittel darstellt. Als Folge der fehlenden Konvergenzempfindlichkeit kann eine selbstkonvergierende Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung satt oder genau auf den Hals der Bildröhre passen.

Die inkrementelle Empfindlichkeit oder differentielle Abhängigkeit der Konvergenz von einer vertikalen und horizontalen Verschiebung der Ablenkeinheit aus ihrer zentrierten Position bezüglich der Elektronenstrahlen läßt sich messen und als dimensionsloses Verhältnis des Konvergenzfehlers der äußeren Strahlen geteilt durch die Verschiebung der Ablenkeinheit ausdrücken. Der Konvergenzfehler wird gewöhnlich in Millimetern angegeben, so daß das erwähnte Verhältnis die Größe des Fehlers in Millimeter pro Verschiebung der Ablenkeinheit in Millimeter darstellt. Eine Verschiebung oder Bewegung der Ablenkeinheit in einer vorgegebenen Ebene kann einen Konvergenzfehler an den Enden beider Ablenkeinrichtungen verursachen. Zum Beispiel kann eine Verschiebung der Ablenkeinheit aus der die beste Konvergenz ergebenden Position eine Änderung oder einen Fehler der Breite des roten Rasters bezüglich der des blauen Rasters bewirken und außerdem eine Änderung oder einen Fehler in der Höhe dieser beiden Raster bewirken. Insbesondere bewirkt eine horizontale Verschiebung der Strahlen im Feld der Ablenkeinheit, daß der "vordere" Strahl, d. h. der Strahl, der in der Richtung der Verschiebung versetzt ist, ein Raster schreibt, das sowohl in der Breite als in der Höhe bezüglich des durch den hinteren Strahl geschriebenen Rasters vergrößert ist. In entsprechender Weise kann eine vertikale Verschiebung der Ablenkeinheit bezüglich der Bildröhre eine scheinbare Relativdrehung oder Überkreuzung der mittleren horizontalen sowie der vertikalen Kreuzgitterlinien, die im Raster geschrieben werden, bewirken. Speziell hat eine Verschiebung der Elektronenstrahlen im Feld der Ablenkeinheit nach oben zur Folge, daß die mittleren Kreuzgitterlinien, die durch den vom Bildschirm oder Austrittsende der Ablenkeinheit aus gesehenen rechten Strahl geschrieben werden, sich in Uhrzeigerrichtung drehen, während sich die durch den linken Strahl geschriebenen Linien in Gegenuhrzeigerrichtung drehen. Bei einer Verschiebung vertikal nach unten ist die Drehrichtung umgekehrt. Messungen der differentiellen Verschiebungsempfindlichkeit der Konvergenz an einer Anzahl von modernen Wiedergabesystemen mit Ablenkeinheiten ergaben die in der folgenden Tabelle in mm/mm aufgeführten Ergebnisse:

Die 20AX-XP74-125Q-Systeme weisen verhältnismäßig kleine Vertikal-Überkreuzungs- oder Vertikal-Crossover-Fehler auf, da diese beiden Wiedergabesysteme nicht vollständig selbstkonvergierend sind, sondern mit einer dynamischen Nord-Süd- Konvergenzkorrektur arbeiten. Der kleine Höhenfehler bei einer horizontalen Verschiebung der Ablenkeinheit und der kleine Vertikal- Überkreuzungsfehler bei einer vertikalen Verschiebung haben ihre Ursache in dem verhältnismäßig kleinen vertikalen Astigmatismus, der beim 20AX-Wiedergabesystem infolge der Verwendung der dynamischen Konvergenzkorrektur zulässig ist.

Die Bemessung einer selbstkonvergierenden Ablenkeinheit läßt sich auf der Basis der Theorie der Abbildungsfehler dritter Ordnung in der folgenden Weise mathematisch beschreiben. Die Theorie der Abbildungsfehler dritter Ordnung der magnetischen Ablenkung kann dazu verwendet werden, das ungefähre elektronen- optische Verhalten einer Ablenkeinheit aufgrund ihrer Feldverteilungsfunktionen H₀(z) und H₂(z) zu analysieren, die sich mit der Position längs der Längsachse oder z-Achse der Ablenkeinheit ändern, wie es in zwei Veröffentlichungen mit dem Titel "Errors of Magnetic Deflection" von J. Haantjes und G. J. Lubben in den Veröffentlichungen "Philips Research Reports", Band 12, S. 46-68 (1957) und Band 14, S. 65-95 (1959) beschrieben ist. Diese Veröffentlichungen sollen hier kurz mit "H" bezeichnet werden und bei den folgenden mathematischen Ausführungen wird die von H eingeführte Terminologie benutzt.

Die Ablenkung der Elektronenstrahlen, die nur H₀(z), die Hauptkomponente des Ablenkfelds, berücksichtigt, ist die sogenannte Gauß′sche und wird mit X bzw. Y bezeichnet. Eine genauere Darstellung des Felds schließt H₂(z) ein, dieser Term stellt die Querungleichförmigkeit des Felds der Ablenkeinheit dar.

Die Darstellung des Felds einer Ablenkeinheit durch die Feldverteilungsfunktionen H₀(z) und H₂(z) läßt sich zwar bei Ablenkwinkeln, die insgesamt größer als 75° sind, nicht streng anwenden, die Trends, die sich aus einer solchen Feldbeschreibung erkennen lassen, sind jedoch auch für die Abschätzung des Verhaltens von magnetischen Ablenksystemen mit größeren Ablenkwinkeln, wie 90° und 110° von Nutzen.

Die Ablenkfelder lassen sich durch eine Potenzreihenentwicklung um die elektronenoptische Achse der Ablenkeinheit beschreiben, wobei sich für das Horizontalablenkfeld in der Horizontalebene (y=0) der folgende Ausdruck ergibt:

H_IIy = H_II0(z) + H_II2(z)x² + . . . (1)

dabei verläuft die Achse der Ablenkeinheit längs der z-Achse des Koordinatensystems, und das Vertikalablenkfeld läßt sich in der Vertikalebene (x=0) durch den folgenden Ausdruck beschreiben:

H_Ix = H_I0(z) + H_I2(z)y² + . . . (2)

Der Index I bezeichnet ein Magnetfeld, dessen Hauptkomponente in der x-Richtung verläuft, d. h. das Vertikalablenkfeld, und der Index II bezeichnet ein Feld, dessen Hauptkomponente in der y-Richtung verläuft, also das Horizontalablenkfeld.

Die allgemeinen Aberrations- oder Abbildungsfehlerausdrücke geben die Differenzen Δx und Δy am Bildschirm zwischen der Gauß′schen Ablenkung und der Ablenkung dritter Ordnung (also mit Berücksichtigung von H₂(z)) an. Die Ausdrücke für Δx und Δy vereinfachen sich im Falle einer Bildröhre mit in einer Reihe nebeneinander liegenden Elektronenstrahlen (Inline-Elektronenstrahlen) dadurch, daß die Terme entfallen, die sich auf Elektronenstrahlen beziehen, welche mit Richtungen außerhalb der horizontalen Ebene in das Feld der Ablenkeinheit eintreten.

Bei Inline-Elektronenstrahlen sind die folgenden Abbildungsfehler- oder Aberrationsausdrücke für die Erfindung wesentlich:

In den obigen Gleichungen bedeuten X_s und Y_s die Gauß′schen Ablenkungen am Bildschirm, x_s′ die Neigung in der Horizontalebene, mit der der Strahl in das Feld der Ablenkeinheit eintritt und x_s, y_s sind die Koordinaten des Auftreffpunkts des unabgelenkten Strahls gemessen von der Spur oder dem Durchstoßpunkt der Achse der Ablenkeinheit auf dem Bildschirm. Die Gleichungen (3) und (4) sind unvollständig, sie enthalten nämlich nur diejenigen Terme, die für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sind, nämlich die Nord-Süd-Kissenverzeichnung, die Konvergenz (Astigmatismus und Koma) sowie die Ablenkempfindlichkeit der Konvergenz. Die Aberrations- oder Abbildungsfehlerkoeffizienten A₁ bis A₁₈ und B₁ bis B₁₈ können in Integralform ausgedrückt werden. Die physikalische Bedeutung der Aberrationskoeffizienten läßt sich leichter erkennen, wenn man die folgenden vereinfachenden Annahmen macht: (a) Die Hauptablenkfehler der Vertikal- und Horizontalspulen sind gleichartig oder ähnlich, d. h. H_II0(z)≈-CH_I0(z), und (b) ihre Gauß′schen Ablenkungen fallen im wesentlichen zusammen, so daß X≈CY ist (eine Maßstabsfaktordifferenz C≠1 beeinflußt die Aberrationskoeffizienten nicht, in die die Verhältnisse der Feldverteilungsfunktionen eingehen). Es handelt sich hier um ausgezeichnete Näherungen für toroidgewickelte Ablenkeinheiten (Toroidjoche), bei denen die Vertikal- und Horizontalwicklungen die gleichen axialen Längen haben und für Sattelwicklungen oder Sattel-Toroid-Wicklungen, im letzteren Falle wird die kleinere Länge der Vertikalspulen durch den größeren Innendurchmesser kompensiert, so daß die Näherungen gültig bleiben. Die speziellen Windungsverteilungen der Horizontal- und Vertikalspulen sind verschieden und als Folge davon sind ihre Ungleichförmigkeitsfunktionen nicht gleich:

H_II2(z) ≠ -CH_I2(z).

Die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlichen vereinfachten Aberrationskoeffizienten sind:

Dabei bedeuten D den Abstand zwischen der Hauptebene der Gauß′schen Ablenkung und dem Bildschirm, L die effektive Länge der Ablenkeinheit, λ=L/D. S₁, S₂, S₃ und S₄ werden unten definiert.

Die Ausdrücke S_IIi, S_Ii (i=1, 2, 3, 4) sind Integralausdrücke, die Funktionen H_II0, H_II2 und H_I0, H_I2 enthalten. Die Nord-Süd-Kissenverzeichnung ist also z. B. durch den Koeffizienten B₂+A₃ der Gleichungen (4) und (5) bestimmt, die beide

enthalten. Hier sind X_s und Y_s die Gauß′schen Ablenkungen auf einem Bildschirm, der sich bei z_s im Abstand D=(z_s-z_c) vom Ablenkzentrum z_c der Ablenkeinheit befindet, und z ist der längs der Längsachse der Ablenkeinheit gemessene Abstand oder Ort. H_II2 und H_I2 sind die horizontale bzw. vertikale Ungleichmäßigkeitsfunktion. Die Integration erfolgt theoretisch von -∞ bis +∞, man kann jedoch für die Praxis annehmen, daß sie in einem Abstand von ungefähr einem Ablenkeinheitdurchmesser vor dem Eintrittsende der Ablenkeinheit beginnt und am Bildschirm endet.

Der Astigmatismus in Horizontalrichtung wird durch den Koeffizienten A₄ bestimmt, der seinerseits partiell durch den folgenden Ausdruck bestimmt wird:

Der Astigmatismus in der Vertikalrichtung wird durch den Koeffizienten B₅ bestimmt, der wiederum partiell durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

Die Koma ist gegeben durch:

Diese Ausdrücke beschreiben die Kissenverzeichnung, den Astigmatismus und die Koma, welche beim Stand der Technik für die Herstellung von selbstkonvergierenden, bezüglich N-S-Kissenverzeichnis und Koma korrigierten Ablenkeinheiten berücksichtigt wurden.

Die Justier- oder Lageempfindlichkeit ist gegeben durch

Während alle Teile der Ablenkeinheit und ihrer Felder jeden Abbildungsfehler bzw. jede Verzeichnung beeinflussen, können Änderungen in bestimmten Bereichen der Felder bestimmte Abbildungsfehler oder Verzeichnungen disproportional beeinflussen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß verschiedene Teile der H₂-Funktionen in unterschiedlicher Weise zur Empfindlichkeit der Konvergenz bezüglich einer Fehljustierung der Ablenkeinheit relativ zur Bildröhre der Wiedergabeeinrichtung beitragen. Drei Ablenkeinheitfeldbereiche werden definiert. Der Eintrittsbereich erstreckt sich vom Austritt des Strahlerzeugungssystems bis in die Nähe der Eintrittsebene der Zeilen- oder Horizontalspulen. Der Austrittsbereich erstreckt sich von der Nähe der Austrittsebene des Kerns bis zum Bildschirm. Der Mittelbereich wird durch die Eintritts- und die Austrittsebene begrenzt.

Die Wichtungsfunktionen, die in den Integranden von S_IIi, S_Ii auftreten, bestimmen das Gewicht der H₂-Funktionen wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Wegen der Annahme, daß die Hauptablenkfelder einander entsprechen, brauchen nur die Horizontal- Wichtungsfunktionen dargestellt zu werden, da die Wichtungsfunktionen für das Vertikalfeld entsprechend sind. In Fig. 1 ist längs der Abszisse der axiale Abstand im Wiedergabesystem gemessen vom Ablenkzentrum z_c aufgetragen, während die Ordinate die Wichtungsfunktionen in willkürlichen Einheiten darstellen. Der Bildschirm befindet sich am Ort z_s, der einen Abstand von 25,4 cm (10 Zoll) vom Ablenkzentrum hat. Die ungefähre Lage der Eintritts- und der Austrittsebene einer Ablenkeinheit sind mit EN bzw. EX bezeichnet. Die Ordinatenwerte sind für die verschiedenen Funktionen nicht gleich.

Die Gleichungen (15) und (16) zeigen, daß die Kissenverzeichnung in erster Linie durch das Verhalten der H₂-Funktionen im Austrittsbereich und in geringerem Maße im mittleren Bereich bestimmt wird, da die Beträge der negativen Wichtungsfunktionen X² (z-z_s) und Y² (z-z_s), die in diesen Gleichungen auftreten, von niedrigen Werten am Eintritt sehr steil ansteigen, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Gleichungen (17) und (18) zeigen, daß der für die Selbstkonvergenz erforderliche Astigmatismus durch Teile der H₂-Funktionen im Mittel- und Austrittsbereich der Ablenkeinheit bestimmt wird, da die positiven Wichtungsfunktionen X (z-z_s)² und Y (z-z_s)² von den Werten am Eintritt rasch ansteigen.

Die Gleichungen (19) und (20) zeigen, daß die Koma hauptsächlich durch das Verhalten der H₂-Funktionen im Eintrittsbereich und in geringerem Ausmaß im Mittelbereich bestimmt wird, da der Betrag der negativen Wichtungsfunktion (z-z_s)³ von ihrem Maximalwert am Eintritt rasch abfällt.

Die Gleichungen (21) und (22) zeigen, daß die Abhängigkeit oder Empfindlichkeit der Konvergenz gegen eine Fehljustierung durch das Verhalten der H₂-Funktionen im Eintritts- und im Mittelbereich, sowie in gereingerem Ausmaße im Austrittsbereich bestimmt wird, daß die positive Wichtungsfunktion (z-z_s)² von ihrem Maximalwert am Eintritt weniger rasch abfällt.

Die bekannten selbstkonvergierenden Ablenkeinheiten oder Ablenkjoche für Horizontal-Inline-Strahlerzeugungssystem- Wiedergabeeinrichtungen, wie das RCA-19V-90°-Toroidjochsystem oder das Hitachi-17V-90°-Halbtoroidjochsystem, hatten Feldverteilungsfunktionen, wie sie in den Fig. 2a, 2b, 3a bzw. 3b dargestellt sind. Die in den Fig. 2a, 2b, 3a und 3b dargestellten H_I2 und H_II2-Funktionen sind der Deutlichkeit halber mit dem Faktor 10 multipliziert.

Eine qualitative Diskussion der bekannten Ablenkeinheiten kann auf der Basis der in Fig. 1 dargestellten Wichtungsfunktionen in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 erfolgen. Die bekannten Ablenkeinheiten hatten Horizontalfeld-Ungleichförmigkeitsfunktionen H_II2, deren positive Bereiche oder Auswanderungen (kissenförmige Felder) in der Nähe des Eintritts (EN) der Ablenkeinheit außergewöhnlich große Auslenkungen oder Maxima aufwiesen. Solche H_II2-Funktionen erzeugten den negativen Astigmatismus, der für die Konvergenz der versetzten Strahlen längs der horizontalen Achse erforderlich ist, auf ineffiziente Weise, da Kissenfelder, die sich in der Nähe des Eintritts der Ablenkeinheit befinden, wo die Ablenkung noch klein ist, eine exzessive Ungleichförmigkeit aufweisen müssen, um die Selbstkonvergenz bewirken zu können. Dieser ungünstige axiale Verlauf der H_II2-Funktionen, wie er in den Fig. 2a und 3a dargestellt ist, macht die Konvergenz empfindlich gegen eine Fehljustierung oder Lagefehler der Strahlen in den Horizontalfeldern und trägt zur horizontalen Koma bei. Die erwähnten bekannten Ablenkeinheiten hatten ferner Vertikalfeld-Ungleichförmigkeitsfunktionen H_I2 mit exzessiv großen negativen Werten (tonnenförmige Felder) in der Nähe des Eintritts der Ablenkeinheit und im Falle von toroidgewickelten Vertikalspulen, wie es in Fig. 2b und 3b dargestellt ist, überall negative, unsymmetrische oder einseitige H_I2-Funktionen. Solche H_I2-Funktionen erzeugen den für die Selbstkonvergenz längs der vertikalen Achse erforderlichen positiven Astigmatismus mit schlechtem Wirkungsgrad, da am Eintrittsende der Ablenkeinheit der Beitrag der Tonnenfelder zum Astigmatismus klein ist, so daß die Tonnenfelder in der Mitte der Ablenkeinheit außerordentlich ungleichförmig sein müssen, um die Selbstkonvergenz zu gewährleisten. Die Folgen einer solchen ineffizienten axialen Verteilung der H_I2-Funktionen, wie sie in Fig. 2b und 3b dargestellt sind, waren eine beträchtliche vertikale Koma, eine starke Empfindlichkeit der Konvergenz gegen eine Fehljustierung der Strahlen in den Vertikalfeldern und einen beträchtlichen Beitrag zur NS-Kissenverzeichnung, der durch die Horizontalspulen schwer ohne das Entstehen einer sogenannten "Mövenflügelverzeichnung" zu korrigieren war, d. h. einer Verzerrung der Oberseite und der Unterseite des Rasters mit einer oberhalb der Zeilenfrequenz liegenden Frequenz.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Farbfernsehwiedergabeeinrichtung eine Bildröhre mit einer Strahlerzeugungssystemanordnung zum Erzeugen mehrerer Inline-Elektronenstrahlen in einem Hals, der einem Bildschirm gegenüberliegt. Auf dem Hals der Bildröhre ist eine Ablenkeinheit und ein Ablenkjoch montiert, das die Elektronenstrahlen in Form eines Rasters über den Bildschirm abzulenken gestattet. Die Ablenkeinheit enthält Vertikal- und Horizontal-Abwicklungen, die jeweils ein Feld mit isotropem Astigmatismus erzeugen, um die Elektronenstrahlen an allen Punkten des Rasters im wesentlichen zur Konvergenz zu bringen. Das Ablenkfeld weist Auswanderungen niedriger Spitzenwerte der Ungleichförmigkeit auf, umd die relativen Größenänderungen an jedem Rand des Rasters zu verringern, die durch die äußeren Elektronenstrahlen geschrieben werden. Das Feld verringert ferner die durch eine Querverschiebung der Ablenkeinheit bezüglich der Elektronenstrahlen bewirkte Relativbewegung oder Verlagerung der Enden von horizontalen und vertikalen Kreuzgitterlinien, die durch die äußeren Elektronenstrahlen durch die Mitte des Rasters geschrieben werden auf weniger als 0,4 mm pro Millimeter Querbewegung.

Eine Fernsehwiedergabeeinrichtung der hier insbesondere interessierenden Art enthält eine Bildröhre mit einem Bildschirm, einer Inline-Elektronenstrahlerzeugungsanordnung zum Erzeugen einer Mehrzahl von Elektronenstrahlen, und einem Kolben, der am einen Ende einen Hals aufweist, in dem die Elektronenstrahlerzeugungsanordnung montiert ist. Der Bildröhre ist eine Ablenkeinheit zugeordnet, welche astigmatische Ablenkfelder erzeugt, welche die Strahlen an allen Punkten des Bildschirms im wesentlichen zur Konvergenz bringen. Die astigmatischen Felder haben jeweils möglichst kleine Ungleichförmigkeitsfunktionen zur Verringerung der Abhängigkeit oder Empfindlichkeit der Konvergenz bezüglich der Position der Ablenkeinheit relativ zu den Elektronenstrahlen, so daß eine Relativbewegung zwischen der Ablenkeinheit und der Bildröhre die Konvergenz nicht beeinträchtigt.

Im folgenden wird der Erfindungsgedanke unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, von denen einige bereits erwähnt worden waren, näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung von Wichtungsfunktionen, auf die bei der Erläuterung der Bereiche Bezug genommen wird, die für die verschiedenen Ablenkfelder von Bedeutung sind;

Fig. 2a, 2b, 3a und 3b graphische Darstellungen von Ablenkfeldverteilungen bekannter Ablenkeinheiten;

Fig. 4a und 4b graphische Darstellungen der Ablenkfeldverteilung in einer Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils einer Bildröhre und einer Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6a und 6b getrennte, auf das Austrittsende gesehene Ansichten der Vertikal- bzw. Horizontalablenkwicklungen einer Ausführungsform einer Ablenkeinheit gemäß der Erfindung; die Darstellungen sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet, um sie deutlicher zu machen;

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Windungsverteilung in drei verschiedenen Querschnittsebenen einer Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8a bis 8m eine bevorzugte alternative Darstellung der Wicklungsverteilung einer Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und eine genauere Darstellung der Windungsverteilung, und

Fig. 9 und 10 graphische Darstellungen der Werte von normierten Fourier-Grund- oder Fundamentalkomponenten und normierten Fourier-Komponenten der dritten Harmonischen als Funktion der longitudinalen Position längs einer Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Mit den Lehren der Erfindung können Ablenkeinheiten mit nicht geodätischen Windungen, d. h. Ablenkeinheiten mit typischen Windungen, die nicht längs des kürzesten Wegs zwischen zwei Punkten auf der Innenfläche der Spulen verlaufen, hergestellt werden, die den für eine Selbstkonvergenz oder eine vereinfachte Konvergenz erforderlichen Astigmatismus zusammen mit verringerter Koma und verringerter Kissenverzeichnung an der Ober- und Unterseite des Rasters aufweisen und deren Konvergenz gleichzeitig unempfindlich gegen Justier- oder Lagefehler zwischen den Jochfeldern oder Ablenkfeldern und den Elektronenstrahlen der Bildröhre sind.

Bei diesen Ablenkeinheiten ist die Koma dadurch beseitigt und die Abhängigkeit der Konvergenz von der Lage der Elektronenstrahlen im Ablenkfeld dadurch auf ein Mindestmaß reduziert, daß die minimalen Ungleichförmigkeiten oder Inhomogenitäten der für eine Selbstkonvergenz und eine NS-Kissenverzeichnungs- Korrektur erforderlichen Horizontal- und Vertikalablenkfelder im Mittelbereich und Austrittsbereich in ein ausgewogenes Verhältnis zu entgegengesetzten Ungleichförmigkeiten oder Inhomogenitäten am Eintritt der Ablenkeinheit gesetzt sind. Die horizontale H_II2-Funktion hat einen kleineren positiven Anteil im Mittelbereich der Ablenkeinheit und der Spitzenwert der H_II2- Funktion tritt näher am Austrittsende auf als bei den bekannten Ablenkeinheiten. Die vertikale H_I2-Funktion enthält eine negative Eintrittsausbuchtung, eine positive Ausbuchtung unmittelbar innerhalb der Eintrittsebene und einen Mittel- bis Austrittsteil kleineren negativen Spitzenwerts als beim Stand der Technik, wobei das negative Maximum näher beim Austritt auftritt als beim Stand der Technik. Dieser axiale Verlauf der H₂-Funktionen ist wirkungsvoller, da bei ihm die für die Selbstkonvergenz erforderlichen Beträge des negativen horizontalen und positiven vertikalen Astigmatismus mit kleineren Spitzenwerten der Inhomogenitäts- oder Ungleichförmigkeitsfunktionen des horizontalen Kissenfelds bzw. des vertikalen Tonnenfelds erzeugt werden. Diese wirksamere Verteilung der Feldinhomogenität ermöglicht zusätzlich eine größere Freiheit bei der Konstruktion als die bekannten Ablenkeinheiten und diese zusätzliche Freiheit wird ausgenutzt, um die Empfindlichkeit der Konvergenz gegen eine Fehljustierung der Strahlen im Feld der Ablenkeinheit auf ein Minimum zu reduzieren und die horizontale und vertikale Koma sowie die Nord-Süd-Kissenverzeichnung des Rasters im wesentlichen zu beseitigen.

Die Inhomogenitäts- oder Ungleichförmigkeitsfunktionen der durch die Ablenkeinheiten gemäß der Erfindung erzeugten Felder unterliegen vier Bedingungen, die mathematisch ausgedrückt werden können. Diese Bedingungen sind:

1) Gemäß der Erfindung läßt sich die Nord-Süd-Kissenverzeichnung durch die Erfüllung der folgenden Bedingung auf ein Minimum reduzieren:
2) Die Beträge des negativen horizontalen und des positiven vertikalen Astigmatismus, die für die Selbstkonvergenz erforderlich sind, werden durch die folgenden Bedingungen erhalten: so daß A₄≈0 wird, so daß B₅≈0 wird.

Die Bedingungen A₄=B₅≈0 werden hier auch als Näherung für den Fall von Bildröhren mit größerem Bildschirm verwendet, wobei man A₄ einen kleinen negativen Wert und B₅ einen kleinen positiven Wert gibt, um A₆+B₆ möglichst klein zu halten (Unterkonvergenz längs der horizontalen Achse und Überkonvergenz längs der vertikalen Achse, so daß sich im ganzen Raster eine weitestgehende Konvergenz ergibt).

3) Die Koma wird durch die Erfüllung der folgenden Bedingungen beseitigt: für A₇=0 für B₈=0.
4) Die Beseitigung der Abhängigkeit der Konvergenz von horizontalen Justierfehlern erfordert: S_II4 = 0 (28)für A₁₆=0 für B₁₈=0und die Beseitigung der Empfindlichkeit der Konvergenz von einer vertikalen Fehljustierung erfordert: für A₁₈=0S_I4 = 0 (31)für B₁₇=0.

Da S_I4 und S_II4 nicht gleichzeitig ½D und 0 sein können, wird die Abhängigkeit der Konvergenz von sowohl horizontalen als auch vertikalen Justierfehlern durch die Erfüllung der folgenden Bedingung auf einen Minimalwert gebracht:

Die sieben Gleichungen (23), (24), (25), (26), (27) und (32) werden durch die von den neuen Ablenkeinheiten erzeugten "Minimal-H₂"-Felder erfüllt. Geht man von vorgegebenen Funktionen H_II0=-CH_I0 aus, so stellen diese sieben Gleichungen einen Satz von linearen Integralgleichungen dar, deren Lösungen die Minimal-H₂-Funktionen sind, die durch die Ablenkeinheiten gemäß der Erfindung erzeugt werden.

Die H₀- und H₂-Funktionen einer Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind in den Fig. 4a und 4b graphisch dargestellt. Bei Ablenkeinheiten gemäß der Erfindung tragen die Vertikalspulen einen geringeren Betrag zur NS-Kissenverzeichnung bei als die bekannten Ablenkeinheiten, da ihre tonnenförmigen Felder (Tonnenfelder) im Mittelbereich der Ablenkeinheit eine geringere Ungleichförmigkeit aufweisen, wie aus Fig. 4a ersichtlich ist. Dies ermöglicht die Verwendung von Horizontalspulen, die in der Mittel der Ablenkeinheit kissenförmige Felder (Kissenfelder) kleinerer Ungleichförmigkeit erzeugen, sich jedoch über einen größeren Bereich in Richtung auf den Bildschirm erstrecken, wie es in Fig. 4b dargestellt ist, um die NS-Kissenverzeichnung zu korrigieren. Diese kleinere Ungleichförmigkeit sowohl des horizontalen als auch des vertikalen Felds im Mittel- bis Austrittsbereich ermöglicht es, eine Selbstkonvergenz zu erreichen, die im wesentlichen unabhängig von der Position der Strahlen bezüglich der Felder ist.

In Fig. 5 sind vereinfacht Teile einer Bildröhre 10 und eine Ablenkeinheit 16 dargestellt. Die Bildröhre 10 enthält einen Kolben mit einem Hals 12, der in einen sich erweiternden Kolbenteil 14 übergeht. Im Hals 12 ist eine Elektronenstrahlerzeugungssystemanordnung 13 angeordnet, die schematisch durch ein Rechteck dargestellt ist und horizontal nebeneinanderliegende Elektronenstrahlen (Horizontal-Inline-Elektronenstrahlen) in der Bildröhre 10 liefert. Bei der Ablenkeinheit 16 handelt es sich um einen Hybrid- oder Sattel-Toroid-Typ mit Horizontalwicklungen 20, deren Windungen am elektronenstrahlaustrittsseitigen Ende bei 22 und am elektronenstrahleintrittsseitigen Ende bei 24 angedeutet sind. Die Vertikalablenkwicklungen 28 sind toroidförmig auf einen Magnetkern 26 gewickelt. Ein zwischen die Horizontalwicklungen 20 und die toroidgewickelten Vertikalwicklungen 28 eingefügter Isolator 18 hält die Wicklungen in ihrer Lage in bezug aufeinander und schafft außerdem auf nichtdargestellte Weise die Möglichkeit einer Befestigung der Ablenkeinheit an der Bildröhre 10. Die Wicklungen 20 und 28 haben gemäß der Erfindung eine solche Konfiguration, daß die Konvergenz im wesentlichen unempfindlich gegen eine vertikale oder horizontale Querverschiebung oder eine Kippung der Ablenkeinheit 16 bezüglich der Bildröhre 10 ist. Zwischen der Ablenkeinheit 16 und der Bildröhre 10 braucht daher kein größerer Zwischenraum 32 vorgesehen werden, als es die mechanischen Passungstoleranzen erfordern. Es ist daher auch keine wesentliche horizontale oder vertikale Querbewegung der Ablenkeinheit 16 bezüglich der Bildröhre 10 möglich. In entsprechender Weise ist auch eine nennenswerte Kippung unmöglich. Bei einer solchen Anordnung paßt also die Ablenkeinheit praktisch genau oder satt auf den Hals der Röhre und man braucht weniger Werkstoffe als für eine Konstruktion, bei der der Zwischenraum 32 groß ist. Bei einer Anordnung der in Fig. 5 dargestellten Art wird außerdem ein größerer Teil des von der Ablenkeinheit erzeugten magnetischen Flusses für die Ablenkung nutzbar gemacht als bei den bekannten Ablenkeinheiten. Um eine vorgegebene Flußdichte im Hals der Bildröhre für die Ablenkung der Elektronenstrahlen zu erzeugen, benötigt man daher auch einen kleineren Strom als beim Stand der Technik und die Ablenkempfindlichkeit ist dementsprechend größer, die zwischen der Ablenkeinheit und den Ablenkschaltungen zirkulierende Energie ist kleiner und die bei der Ablenkung insgesamt entstehende Verlustleistung kann entsprechend klein gehalten werden.

Bekanntlich beeinflussen nur diejenigen Leiter der Vertikal- und Horizontalablenkwicklungen, die längs der inneren Peripherie des Magnetkerns der Ablenkeinheit verlaufen, die Ablenkung in wesentlichem Ausmaß. Eine Windungsverteilung mit den durch die Erfindung geschaffenen vorteilhaften Eigenschaften läßt sich also sowohl mit Toroidwicklungen als auch mit Sattelwicklungen erreichen.

In Fig. 6a ist die Verteilung der Horizontalablenkwicklung einer Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, während Fig. 6b die Verteilung der Vertikalablenkwicklung dieser Ablenkeinheit zeigt, jeweils in Ansicht auf das größere oder strahlaustrittsseitige Ende der Ablenkeinheit. Aus diesen Darstellungen ist es jedoch schwierig, die Verteilung in der Nähe des strahleintrittsseitigen Endes zu erkennen, obwohl der Eintrittsring größer gezeichnet wurde, um die Darstellung deutlicher zu machen.

In den Fig. 7a bis 7c sind zwei Quadranten der Windungsverteilung am Eintrittsende, im Mittelbereich, bzw. am Austrittsende der Horizontalablenkwicklungen der Ablenkeinheit gemäß Fig. 6 dargestellt. Die Fig. 7d bis 7f zeigen die Windungsverteilung in zwei Quadranten der Vertikalablenkwicklungen am Eintritts-, im Mittel- bzw. am Austrittsbereich der Ablenkeinheit gemäß Fig. 6.

In Fig. 7a stellt der mit 300 und 302 bezeichnete Bereich denjenigen Bereich dar, in dem Windungen der Wicklung in der Nähe des Eintrittsendes der Ablenkeinheit auftreten. Die mit 304 bzw. 306 bezeichneten Linien stellen die Schwerpunkte der tatsächlichen Wicklungsverteilung und nicht die Schwerpunkte der Bereiche 300 und 302 dar. Wie in Fig. 7a dargestellt ist, nimmt die Wicklungsverteilung 302 einen Mittelwinkel von 70° ein und die Schwerpunkte 304 und 406 der Wicklungsverteilung selbst treten in einem Winkelabstand von 35° von der Horizontalen auf, was zeigt, daß die tatsächlichen Wicklungsverteilungen hier symmetrisch bezüglich der Schwerpunkte sind. In entsprechender Weise stellt Fig. 7b einen Querschnitt in der Nähe des Mittelbereichs der Ablenkeinheit dar und die Bereiche 310 sind die Bereiche, in denen Windungen der Horizontalablenkwicklung auftreten. Die Bereiche 310 nehmen jeweils einen Mittel- oder Umfangswinkel von 53° ein und beginnen jeweils in der Horizontalebene. Die Linie 312 stellt die Winkellage des Schwerpunkts der Wicklungsverteilung im Bereich 310 dar und hat einen Winkelabstand von 27° bezüglich der Horizontalebene, was zeigt, daß die Windungsverteilung im Bereich 310 fast symmetrisch ist. Die beschriebene Darstellung läßt jedoch nicht erkennen, ob die Windungen an den Enden des Bereichs 310 konzentriert sind, ob sie gleichmäßig verteilt sind oder irgend eine andere Verteilung haben. Fig. 7c stellt in entsprechender Weise eine Windungsverteilung in der Nähe des Austrittsbereichs der Ablenkeinheit dar, sie nimmt einen Bereich 324 mit einem Umfangswinkel von 24° ein und der Schwerpunkt der Windungsverteilung liegt etwa 12,5° oberhalb der Horizontalen. Die Windungsverteilung im Bereich 324 ist offensichtlich nicht symmetrisch, man kann jedoch auch hier nicht erkennen, wie die Windungsverteilung in Wirklichkeit aussieht. In Fig. 7d sind Bereiche 334 dargestellt, in denen die Vertikalwicklung in einem Querschnitt in der Nähe des Eintrittsendes der Ablenkeinheit verteilt ist. Die Bereiche 334 nehmen jeweils einen Zentriwinkel von 58° ein. Der Schwerpunkt der jeweiligen Windungsverteilungen hat einen Abstand von 24° von der Vertikalachse, liegt also nicht in der Mitte des Bereichs 334. In entsprechender Weise sind in Fig. 7e Bereiche 344 dargestellt, in denen die Vertikalwicklung verteilt ist. Die Bereiche 344 beginnen jeweils in einem Abstand von 6,6° von der Vertikalachse und nehmen einen Winkel von 68° ein. Der Schwerpunkt der Windungsverteilung in den Bereichen 344 ist jeweils durch eine Linie 342 dargestellt und hat einen Winkelabstand von 36,5° von der Vertikalachse, liegt also nicht in der Nähe der Mitte des betreffenden Bereichs 344. Fig. 7f zeigt die entsprechende Verteilung 354 am Austrittsende der Ablenkeinheit. Der Schwerpunkt 352 befindet sich in der Nähe der Mitte des Bereichs 354, in dem die Wicklung verteilt ist. Einzelheiten der Wicklungsverteilungen, die aus Fig. 7 nicht ersichtlich sind, werden im folgenden erläutert.

In Fig. 8 sind zwei Wicklungsverteilungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Die Fig. 8a bis 8f zeigen die Verteilung der Horizontalablenkwicklungen und die Fig. 8g bis 8m zeigen die Verteilung der Vertikalablenkwicklungen an der Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In den Fig. 8a, 8c, 8e, 8g, 8i und 8k ist die tatsächliche Leiterverteilung dargestellt, während die Fig. 8b, 8d, 8f, 8n, 8j und 8m die aus der Leiterverteilung gewonnene Verteilung der Windungsdichte w_H bzw. w_V zeigen. Die horizontalen Achsen der graphischen Darstellungen in Fig. 8 stellen einen Quadranten der Peripherie der Ablenkeinheit dar. Der Quadrant ist in 41 gleiche Teile unterteilt, die entsprechend numeriert sind. Diese Teile können reale Kanäle darstellen, in denen die Leiter oder Drähte angeordnet werden können, oder die Teile können die Schalt- oder Indexpunkte bedeuten, bei denen eine Wickelmaschine die Drähte aufbringt. Die Nullmarke am linken Ende der horizontalen Achse stellt das Ende eines Quadranten und den Anfang des dargestellten Quadranten dar und der Markierungsstrich 41 am rechten Ende stellt das Ende des dargestellten Quadranten und den Anfang des nächsten Quadranten dar. Der Umfangs- oder Azimutwinkel der Teile ist ebenfalls angegeben. Die auf der Null-Achse liegenden Leiter sind z. T. ausgezogen und z. T. gestrichelt gezeichnet, um den Teil der Leiter anzugeben, der zu der Feldverteilung in dem fraglichen Quadranten beiträgt. Die Leiter sind sowohl mit vertikalen als auch mit horizontalen Abständen dargestellt, in der Praxis können sie dicht aneinander anliegend gewickelt sein, wie es bei einer praktischen Wicklung zweckmäßig ist.

In Fig. 8 sind die Querschnitte von Drähten oder Windungen eines einzigen Leiterdrahtes dargestellt, der eine Toroid- oder eine Sattelwicklung bildet. Alle Drähte werden dementsprechend vom gleichen Strom durchflossen. Die Fig. 8a und 8b zeigen die Windungsverteilung in der Nähe des Austrittsendes der Ablenkeinheit. Für diesen Zweck befindet sich das Austrittsende an oder in der Nähe des Endes des Magnetkerns. Die Windungen 402 und 404 befinden sich über dem Nullpunkt der horizontalen Achse, die in Fig. 8 zwei Quadranten trennt. Für die Zwecke dieser Betrachtung soll angenommen werden, daß jede dieser Windungen eine halbe Stromeinheit beiträgt und damit eine halbe Windung zu dem dargestellten Quadranten, also insgesamt eine Windung. Der erste Abschnitt oder Teil des in Fig. 8a dargestellten Quadranten enthält ferner noch einen dritten Draht 406, der sich zur Gänze innerhalb des ersten Abschnitts befindet und daher eine volle Windung beiträgt. Windungsbeiträge liefern ferner Drähte 407 und 408, die auf der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Quadranten liegen. Die Drähte 407 und 408 tragen daher jeweils eine halbe Windung oder insgesamt eine Windung zum ersten Abschnitt des Quadranten bei. Im ersten Abschnitt des Quadranten der Fig. 8a tragen also insgesamt die Drähte 402, 404, 407 und 408 jeweils eine halbe Einheit und der Draht 406 eine ganze Einheit bei. Der Windungsbeitrag der dem ersten Abschnitt des Quadranten zugeordneten Windungen beträgt also insgesamt drei Windungen. In Fig. 8b ist dementsprechend der gesamte Windungsbeitrag im ersten Abschnitt des Quadranten mit dem Wert 3 dargestellt.

Der zweite Abschnitt des in Fig. 8a dargestellten Quadranten enthält einen Beitrag von jeweils einer halben Windung von den Drähten 407 und 408 sowie jeweils einer halben Windung von Drähten 411 und 412, die auf der Grenze zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt des Quadranten liegen. Zum zweiten Abschnitt tragen ferner Windungen 409 und 410 jeweils einen Anteil von einer vollen Windung bei, so daß sich insgesamt ein Windungsanteil von vier Windungen ergibt, wie es auch in Fig. 8b dargestellt ist. Der dritte Abschnitt des in Fig. 8a dargestellten Quadranten enthält ebenfalls einen Beitrag von insgesamt vier Windungen, während der vierte bis elfte Abschnitt jeweils einen Anteil von insgesamt drei Windungen enthalten. Der zwölfte Abschnitt enthält einen Beitrag von jeweils einer halben Einheit von den Windungen 414 und 416, also insgesamt eine Windung, wie in Fig. 8b dargestellt ist. Die verbleibenden Teile des Quadranten enthalten keine Leiter und der Windungsanteil ist daher gleich Null. Es ist also ersichtlich, daß die in Fig. 8a dargestellte Windungsverteilung in der Nähe des Austrittsbereichs der wirklichen Ablenkeinheit durch eine diskontinuierliche Windungs- oder Wicklungsdichteverteilung W_h dargestellt werden kann, wie sie die Stufenkurve 420 in Fig. 8b zeigt.

Fig. 8c zeigt die tatsächliche Windungsverteilung in einem Quadranten einer Ausführungsform der Ablenkeinheit gemäß der Erfindung in einem mittleren Bereich zwischen dem Eintritts- und dem Austrittsende der Ablenkeinheit. Die Verteilung 440 in Fig. 8d stellt die entsprechende Windungsdichteverteilung W_h, also den resultierenden Beitrag der in Fig. 8c dargestellten Windungen dar. In entsprechender Weise stellt die in Fig. 8d dargestellte Windungsverteilung die Verteilung der Windungen der Horizontalwicklung in der Nähe des Eintrittsbereichs der gleichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ablenkeinheit wie der gemäß Fig. 8a und 8c dar. In Fig. 8f ist die Verteilungskurve 460 für die Windungsdichteverteilung W_h der Fig. 8e dargestellt.

Die Verteilung W_v der Windungen der Vertikalablenkwicklung einer Ablenkeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 8g-8m dargestellt. Die Fig. 8g, 8i und 8k stellen die tatsächliche Windungsverteilung am Austrittsende, in einem mittleren Bereich bzw. am Eintrittsende der Ablenkeinheit dar, während die Fig. 8h, 8j und 8m den Verlauf 470, 480 bzw. 490 der entsprechenden Windungsdichteverteilungen W_v zeigen. Ein Vergleich der Fig. 8a bis 8f mit den Fig. 7a bis 7c und der Fig. 8g bis 8m mit den Fig. 7d bis 7f läßt erkennen, daß die Darstellung der Windungsverteilung in Fig. 7 eine zu stark vereinfachte Darstellung ist, bei der wesentliche strukturelle Einzelheiten fehlen.

Die Spulen einer Ablenkeinheit lassen sich durch eine Fourier-Entwicklung der Windungsverteilung mathematisch darstellen, wie es z. B. aus der US-PS 41 17 434 (Logan) bekannt ist. In einem gegebenen Querschnitt der Ablenkeinheit kann also die diskrete Windungsverteilung der Horizontal- und Vertikalablenkspulen der Ablenkeinheiten gemäß der Erfindung durch Fourier-Reihenentwicklungen der entsprechenden Windungsdichten beschrieben werden:

wobei C_n und S_n die Fourier-Koeffizienten ungerader Ordnung der Windungsdichteverteilungen der Horizontal- bzw. Vertikalablenkwicklung sind und W(Φ) die Windungsdichteverteilung ist, d. h., daß W(Φ)dΦ die Anzahl der Windungen im Intervall von Φ bis Φ+dΦ ist. Die gesamte Anzahl N der Windungen pro Quadrant (die selbstverständlich in allen Querschnitten gleich ist) wird durch die folgenden Ausdrücke gegeben:

Man beachte, daß der Schwerpunkt der Windungsdichteverteilung gegeben ist durch

und der Winkel R zwischen den Schwerpunkten der beiden Hälften der Spule ist R=π-2_H.

Von der Anmelderin wurde eine Ablenkeinheit gemäß den Lehren der Erfindung entwickelt, die als XP75-125-CE 90°-Ablenkeinheit bezeichnet wurde. Die Spulen der XP75-125-CE 90°- Ablenkeinheit, deren Windungsverteilung in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist, und die Spulen von ähnlichen 90°-Ablenkeinheiten gemäß der Erfindung können durch das erste und dritte Glied (Fundamentalterm und dritte Harmonische) der Entwicklung ihrer Windungsdichten in drei Querschnitten (Eintrittsbereich, Mittelbereich, Austrittsbereich) beschrieben werden. Um diese Darstellung unabhängig von der Spulenimpedanz zu machen, wird das erste Glied und die Fundamentalkomponente als Bruchteil der Gesamtzahl der Windungen in einem Quadrant und das dritte Glied (dritte Harmonische) als Bruchteil des ersten Glieds (Fundamentalkomponente) ausgedrückt.

Die unten aufgeführten Komponenten stellen die normierten Koeffizienten des ersten und dritten Glieds (Fundamentalkomponente und dritte Harmonische) der Windungsverteilung im Eintrittsbereich, im Mittelbereich und im Austrittsbereich einer toroidgewickelten 90°-Ablenkeinheit gemäß der Erfindung (XP75- 125-CE) dar. Die horizontale Windungsverteilung wird durch die Komponenten erster Ordnung (Fundamentalkomponente C₁/N_H) und dritter Ordnung (dritte Harmonische C₃/C₁) angenähert und die vertikale Wicklungsverteilung wird durch die Komponenten erster Ordnung (Fundamentalkomponente S₁/N_v) und dritter Ordnung (dritte Harmonische S₃/S₁) angenähert:

XP75-125-CE

Diese Fourier-Koeffizienten sind in Fig. 9 für die drei axialen Positionen (Eintritts-, Mittel- und Austrittsbereich) längs der Ablenkeinheit aufgetragen.

In entsprechender Weise werden die Spulen einer toroidgewickelten 110°-Ablenkeinheit (XP75-128-ECQ) gemäß der Erfindung durch die folgenden Koeffizienten beschrieben:

XP75-128-ECQ

die in Fig. 10 graphisch dargestellt sind.

Die Ablenkeinheiten gemäß der Erfindung weisen Horizontalablenkspulen mit Windungsverteilungen auf, bei denen die Fundamentalkomponente C₁/N_H der Fourier-Entwicklung ihrer auf die Gesamtzahl der Windungen pro Quadrant normierten Windungsdichte vom Eintritt zum Austritt der Ablenkeinheit ansteigt, während die auf die Fundamentalkomponente normierte Fourier- Komponente dritter Ordnung (dritte Harmonische) C₃/C₁ an der Eintrittseite der Ablenkeinheit einen negativen Wert hat, vor oder im Mittelbereich positiv wird und ihren größten positiven Wert in der Nähe des Austrittsendes der Ablenkeinheit annimmt; ferner haben solche Ablenkeinheiten Vertikalspulen mit Windungsverteilungen, die durch eine normierte Fundamentalkomponente S₁/N_V der Fourier-Entwicklung charakterisiert sind, welche vom Eintrittsende zum Austrittsende der Ablenkeinheit abnimmt, während die normierte Komponente dritter Ordnung, die dritte Harmonische S₃/S₁ einen negativen Wert am Eintrittsende der Ablenkeinheit hat, vor oder im Mittelbereich positiv wird und ihren größten positiven Wert in der Nähe des Austrittsendes der Ablenkeinheit annimmt. Die gemessene Lageabhängigkeit der Konvergenz dieser Ablenkeinheiten hatte in Millimeter/Millimeter folgende Werte:

was bedeutet, daß die Konvergenz praktisch lageunabhängig ist. Für praktische Zwecke kann man eine Horizontalablenkwicklung als konvergenzunempfindlich bezüglich Lageänderungen bezeichnen, wenn eine horizontale Querverschiebung der Ablenkeinheit oder eine entsprechende Kippung der Ablenkeinheit bezüglich der Elektronenstrahlen in der Bildröhre eine horizontale Verschiebung der durch die beiden außermittigen Strahlen an den beiden Seiten des Rasters geschriebenen vertikalen Kreuzgitterlinien in bezug aufeinander, als eine Größenänderung von weniger als 0,4 mm pro Milimeter Verschiebung bewirken und wenn eine Vertikalverschiebung der Ablenkeinheit bezüglich der Elektronenstrahlen eine Vertikalbewegung der Enden der von den außermittigen Strahlen durch die Mitte des Rasters geschriebenen horizontalen Linien in bezug aufeinander von weniger als 0,4 mm/mm verursacht.

In entsprechender Weise kann eine Vertikalablenkwicklung als lageunempfindlich bezeichnet werden, wenn eine Horizontalverschiebung der Ablenkeinheit bezüglich der Elektronenstrahlen eine Vertikalbewegung der von den beiden außermittigen Strahlen geschriebenen horizontalen Kreuzgitterlinien an der oberen und unteren Seite des Rasters in bezug aufeinander von weniger als 0,4 mm pro Millimeter Verschiebung bewirkt und eine Vertikalverschiebung der Ablenkeinheit eine Horizontalbewegung der Enden der von den außermittigen Strahlen durch die Mitte des Rasters geschriebenen vertikalen Linien in bezug aufeinander von weniger als 0,4 mm/mm verursacht.

Auch Sattelspulen können durch eine Fourier-Entwicklung bzw. Fourier-Koeffizienten beschrieben werden. Die quasi-kontinuierliche Windungsverteilung von Sattelspulen in einem Quadranten einer Ablenkeinheit kann durch eine Fourier-Reihenentwicklung ihrer radialen Dicke in einer Ebene konstanten z- Wertes, die einen Querschnitt der Windung darstellt, beschrieben werden:

T(Φ) = Σ C_n cos n Φ

wobei T(Φ) die Dicke in Abhängigkeit vom Winkel Φ in dem betreffenden Querschnitt und C_n den Fourier-Koeffizienten n-ter Ordnung bedeuten. Die Fläche A eines Querschnitts senkrecht zur inneren Kontur R(z) einer Sattelspule ist konstant, da die Gesamtzahl der Drähte in allen Querschnitten gleich ist und sie ist innerhalb (T)²«R gegeben durch

wobei R der innere Radius der Horizontalsattelspule in dem betreffenden Querschnitt, R′=dR/dz und z der axiale Abstand sind.

Die horizontalen Sattelspulen werden durch die Fourierkoeffizienten erster und dritter Ordnung ihrer radialen Dicken in drei zur Definition dienenden Querschnitt charakterisiert. Auch hier wird die Fundamentalkomponente der Querschnittsfläche zur Normalisierung hinsichtlich der Impedanz als Bruchteil oder Quotient des Gesamtquerschnittes entsprechend der Normalisierung der Anzahl oder Menge der Windungen ausgedrückt und der Koeffizient dritter Ordnung (dritte Harmonische) wird als Quotient oder Bruchteil der Fundamentalkomponente oder des ersten Koeffizienten ausgedrückt. Selbstverständlich lassen sich die beschriebenen Ausführungsbeispiele in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Man kann insbesondere die beschriebenen lageunempfindlichen Vertikalwicklungen für sich zusammen mit lageabhängigen Horizontalwicklungen verwenden und die lageunempfindlichen Wicklungen können auch bei Ablenkeinheiten verwendet werden, die nicht sondern mit einem gewissen Spiel auf den Kolben der zugehörigen Röhre passen.

Zusammenfassend gesagt, wird durch die Erfindung also eine Fernsehwiedergabeeinrichtung mit einer Bildröhre 10 angegeben, welche einen Bildschirm, eine Inline-Elektronenstrahlerzeugungssystemanordnung 13 zum Erzeugen einer Mehrzahl von Elektronenstrahlen, und einen Kolben mit einem Hals 12, an dessen einem Ende die Elektronenstrahlerzeugungssystemanordnung montiert ist, enthält. Der Bildröhre ist eine Ablenkeinheit 16 zugeordnet, die astigmatische Ablenkfelder erzeugt, um die Elektronenstrahlen an allen Punkten des Bildschirms zur Konvergenz zu bringen. Die astigmatischen Felder haben ausgewogene Ungleichförmigkeits- oder Inhomogenitätsfunktionen mit kleinen Spitzenauswanderungen, um die Abhängigkeit der Strahlkonvergenz von der Position der Ablenkeinheit bezüglich der Elektronenstrahlen klein zu machen, so daß eine Relativbewegung zwischen der Ablenkeinheit und der Bildröhre die Konvergenz nicht nennenswert beeinträchtigt.

Claims

1. Selbstkonvergierende Ablenkeinheit für eine Inline- Fernsehbildröhre mit Horizontal- und Vertikalablenkspulen,

- deren Horizontalablenkfeld eine Inhomogenitätsfunktion (H_II2) aufweist, die im Eintrittsbereich der Ablenkeinheit einen negativen Wert hat und im Mittel- und Austrittsbereich einen positiven Wert hat,
- und deren Vertikalablenkfeld eine Inhomogenitätsfunktion (H_I2) aufweist, die im Eintritts- und Austrittsbereich negative Werte hat,
- wobei das Horizontalablenkfeld einen negativen und das Vertikalablenkfeld einen positiven Astigmatismus zur Selbstkonvergenz der Elektronenstrahlen erzeugt,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Inhomogenitätsfunktion (H_II2) des Horizontalablenkfelds einen im Eintrittsbereich innerhalb der Ablenkeinheit liegenden Nulldurchgang zwischen ihren negativen und positiven und einen relativ geringeren positiven Maximalwert im Mittel- bzw. Austrittsbereich hat,
- und daß die Inhomogenitätsfunktion (H_I2) des Vertikalablenkfelds im Eintrittsbereich der Ablenkeinheit einen positiven Maximalwert aufweist und ihr darauffolgender negativer Maximalwert beim Austrittsbereich liegt.

2. Ablenkeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalwerte der Inhomogenitätsfunktionen (H_II2, H_I2) nur so groß sind, daß relative Größenänderungen an den Rändern der durch die äußeren Elektronenstrahlen erzeugten Raster und Abweichungen der Enden von horizontalen und vertikalen Kreuzgitterlinien, die von den äußeren Elektronenstrahlen durch die Mitte des Rasters geschrieben werden, kleiner als 0,4 mm pro Millimeter einer Querbewegung der Ablenkeinheit sind.

3. Ablenkeinheit nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Halterungsanordnung, welche die Ablenkeinheit gegenüber der Bildröhre in einer Querposition ohne Justierelemente festlegt.