DE3151339A1

DE3151339A1 - Farbbildroehren-darstellungssystem

Info

Publication number: DE3151339A1
Application number: DE19813151339
Authority: DE
Inventors: Karl Lathon 85017 Glendale Ariz. Chase; Christopher Rime 85017 Phoenix Ariz. Dusard; James McCown 85023 Phoenix Ariz. Spencer jun.
Original assignee: Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1981-12-24
Publication date: 1982-07-15
Also published as: US4385259A; JPS57124792A; FR2496948A1; GB2090109B; IT1172190B; IT8149982A0; GB2090109A

Description

Patentanwälte Diρl.-fcng. C u rt Wal I ach

Dipl.-Ing. Günther Koch

^" Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 - Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 24. Dezember I981

Unser Zeichen: 17 3^5 - Sa

Anmelder:

Sperry Corporation 1290 Avenue of the Americas,

New York, New York 10104 U.S.A.

Titel:

Farbbildröhren-Darstellungssystem

Priorität;

258,991 USA

24. Dezember I980

Die Erfindung bezieht sich auf ein Parbbildröhren-Darstellungssystem mit einer Kathodenstrahlröhre mit einem allgemein ebenen Bildschirm, einer damit zusammenwirkenden Lochmaske mit vorgegebenen horizontalen und vertikalen Abmessungen und mit einer Anzahl von Kathoden, die eine Anzahl von Kathodenstrahlen erzeugen, die so steuerbar sind, daß sie auf einem einzigen einer sehr großen Anzahl von Löchern in der Lochmaske bei im wesentlichen allen horizontalen und vertikalen Positionen der Strahlen konvergieren, die durch Strahlpositions-Befehlssignale und durch Strahlablenksignale hervorgerufen werden, die den Ablenkwicklungen der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden, wobei die Kathodenstrahlröhre weiterhin Konvergenzwicklungen einschließt, die Jeder der Kathoden zugeordnet sind, um individuell jeden Strahl unabhängig von den Ablenkv/icklungein in seiner Position einstellen zu können.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine verbesserte dynamische Strahlkonvergenz-Steuereinrichtung zur Verbesserung der Farbauflösung der auf dem Bildschirm erzeugten Darstellungen. Ein derartiges Farbbildröhren-Darstellungssystem ist insbesondere für Farbbildrohren-Pluginstrumente für Luftfahrzeuge geeignet, die dem Piloten Steuer- und Navigationsinformationen darstellen, wobei die Augen-Bildschirm-Entfernung relativ kurz ist, beispielsweise in der Größenordnung von 65 bis 75 cm liegt« Diese Information kann in Rasterformat und/oder Strich-Schreibformat dargestellt werden, wobei insbesondere die letztere Art der Darstellung sehr schlechte Eigenschaften

O 1 ο ι

■-6-

aufweist, "wenn keine ausgezeichnete dynamische Konvergenz st euerung verwendet wird.

Das Problem der Konvergenzsteuerung bei Lochmasken-Farbbildröhrendarstellungen wurde bereits durch viele Verfahren und Techniken in annehmbarem Ausmaß gelöst. Wie dies dem Fachmann auf dem Gebiet von Lochmasken-Farbbildröhren gut bekannt ist, werden drei getrennte, sehr dünne Elektronenstrahlen üblicherweise mit Hilfe von drei getrennten Kathoden erzeugt, und diese Strahlen werden normalerweise auf dem Bildschirm oder auf einer Lochmaske fokussiert, die mit Abstand von der Innenoberfläche der Frontplatte der Kathodenstrahlröhre angeordnet ist. Der Bildschirm oder die Lochmaske besteht aus einer extrem großen Anzahl von sehr dünnen kleinen Löchern, durch die die Strahltripel hindurchlaufen und dann divergieren, um entsprechende Punkttripel von roten, grünen und blauen Leuchtstoffen oder Phosphoren anzusteuern, was zu Rot-, Grün- und Bl&u-Lichtemissionen vom Bildschirm der Kathodenstrahlröhre führt. Es ist gut bekannt, daß beim Zusammenbau einer Lochmasken-Bildrqhre die Frontplatte und die Maske einen eindeutigen Satz bilden, wobei die Schwarz-Matrix und jeder Leuchtstoffpunkt präzise in seiner Lage auf dem Bildschirm unter Verwendung eines direkten Itzverfahrens festgelegt ist. Die Leuchtstoffe enthalten ein lichtempfindliches Material, das durch die Maske von einer Lichtquelle belichtet· wird, die eine geeignete Korrekturlinse durchläuft, so daß das Licht durch jedes Loch der Lochmaske in der gleichen Richtung hindurchläuft wie der jeweilige Elektronenstrahl, der durch dieses Loch im Normalbetrieb hindurchläuft. Damit werden reine Farben sichergestellt, wenn die Elektronen in den Strahlen die

- fir-

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gleichen Bahnen durchlaufen wie die Photonen von der Lichtquelle. In einer üblichen Delta.-Elektronenstrah.lkanonenanordnung sind die drei Elektronenstrahlkanonen, üblicherweise in Form einer integrierten Baugruppe, am Ende des Bildröhrenhalses angeordnet und unter einem genauen Winkel in Richtung aufeinander geneigt, so daß ihre Strahlen am mittleren Loch der Lochmaske konvergieren.

Es ist jedoch verständlich, daß Herstellungstoleranzen in den Elektronenstrahlkanonen, deren Befestigungen, des Eöhrenhalses und der Lochmasken- und Grundplattengeometrie zu einem Konvergenzfehler der Strahlen beitragen können, d. h. daß alle Strahlen alle nicht durch das gleiche Loch bei allen Ablenkwinkeln hindurchlaufen. Weiterhin neigen die natürliche Ungleichförmigkeit oder Nicht-Linearitat des Magnetfeldes, das von den Strahlablenkwicklungen erzeugt wird, und die etwas voneinander abweichenden Pfade jedes Strahls durch diese Felder ebenfalls dazu, Konvergenzfehler-Probleme hervorzurufen. Dieses letztere Problem kann zumindest in gewissem Ausmaß dadurch verringert werden, daß die Ablenkjoch-Wicklungen auf eine spezielle Kathodenstrahlröhre zugeschnitten werden und daß dann diese beiden Bauteile miteinander vergossen werden. Trotzdem kann in der Praxis eine perfekte oder nahezu perfekte Konvergenz nicht ausschließlich durch mechanische Maßnahmen oder durch eine entsprechende Ablenkwicklungskonstruktion erreicht werden. Beispielsweise tritt ein Konvergenzfehler aufgrund der sich ändernden Strahllängen auf, wenn die Strahlen in Richtung auf die Umfangsbereiche der Frontplatte abgelenkt werden, was der üblichen Kissen-Verzeichnung entspricht. Obwohl dieser Effekt, der angenähert proportional zum Quadrat

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-Ψ-

der Entfernung vom Bildschirmmittelpunkt ist, zum größten Teil elektronisch kompensiert xvird, indem getrennte äußere Strahlkonvergenzwicklungen vorgesehen werden, die den Elektronenstrahlkanonen-Polstücken zugeordnet sind, kann diese Kompensation üblicherweise nicht vollständig gleichförmig durchgeführt werden, so daß sie sich von Bildröhre zu Bildröhre ändert und die gewünschte Konvergenz oder die Färbauflösung nicht ausschließlich durch diese Maßnahme erreicht werden kann, so daß weitere Konvergenzfehler-Kompensationseinrichtungen erforderlich sind.

Es wurden verschiedene Verfahren zur weitgehenden Verringerung des Konvergenzfehler-Problems entwickelt. Eines der wirksamsten Verfahren besteht darin, die Elektronenstrahlkanonen in einer linearen Anordnung anzuordnen und die Ablenkwicklung so zu formen, daß sich aufgrund der Eigenart eine Konvergenzsteuemng ergibt. Obwohl diese Technik für den kommerziellen Farbfernsehenarkt befriedigend ist, reicht sie für spezielle Anwendungen, beispielsweise für die Luftfahrzeug-Cockpit-Instrumentierung oder andere Fahbetrachtungs-Kathodenstrahlröhren nicht aus, weil sie im wesentlichen den Nachteil einer kleinen Fokussierungslinse und eine Unvereinbarkeit mit Kathodenstrahlröhren mit größeren Kathodenstrahlröhrenhälsen aufweist, die im Hinblick auf Hochleistungsdarstellungen wünschenswert sind. Entsprechend ist eine Delta-Strahlkanonenanordnung wünschenswert, weil sie eine größere Fokussierungslinse und damit kleinere, sauberere und hellere Linien und eine besser aussehende Gesamtdarstellung liefert, obwohl eine dynamische Konvergenzsteuerung erforderlich ist. Eine bekannte Konvergenzkompensations-

teehnik bei Delta-Strahlkanonen-Bildröhrenanordnungen um-

o faßt zusätzlich zu den grundlegenden parabolischen χ -,

y -Kompensationsspannungen, die jeder der drei Konvergenzwicklungen zugeführt werden und die primären Ausdrükke der exponentiellen X- und Y-Konvergenzkompensations-Serienpolynome darstellen, die getrennte Einstellung einer großen Anzahl von Potentiometern zur Erzielung der erforderlichen Feinkompensationsspannungen an die Wicklungen benachbart zu den drei Strahlkanonen. Diese Potentiometer werden jedoch lediglich als Mittel zur Formung der Kurven oder als Mittel zur Änderung der Verstärkung

2 ?
für die χ -, y "-Signale verwendet, uä die parabolische

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χ -, y -Kurve zu verzerren, um so die Auswirkungen der kleineren Polynomausdrücke nachzubilden. Ein Potentiometer ist für Jedes Segment des Bildschirms erforderlich, so daß die Kompensation im Hinblick auf den Raumbedarf und das Gewicht beschränkt ist. Eine derartige Technik ist entsprechend für Luftfahrzeug-Kathodenstrahlröhrendarstellungen äußerst unerwünscht, weil die Kompensation nur in beschränktem Ausmaß erfolgt und ein großes Volumen und Gewicht erforderlich ist, wobei die Kosten ansteigen und die Zuverlässigkeit absinkt und wobei aufwendige Eichverfahren erforderlich sind, die sich typischerweise aus den in Wechselwirkung miteinander stehenden Potentiometern ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Farbbildröhren-Darstellungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem diese Probleme nicht auftreten und bei dem sich eine wesentlich verbesserte Farbauflösung bei geringem Aufwand ergibt.

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Diese Aufgabe wird durch, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Farbbildröhren-Darstellungssystem der eingangs genannten Art schließt Hybrid-Konvergenzsteuereinrichtungen mit ersten, auf die Strahlablenksignale ansprechenden Einrichtungen zur Erzeugung einer Vielzahl von analogen Grob-Konvergenzkorrektursignalen, die jeweils ersten Komponenten von vorgegebenen Funktionen der horizontalen und vertikalen Komponenten der Strahlposition entsprechen, die von den Ablenksignalen hervorgerufen werden, zweite, auf die Strahlpositions-Befehlssignale ansprechende Einrichtungen zur Erzeugung einer Vielzahl von digitalen Fein-Konvergenzkorrektursignalen, die jeweils zumindest aweiten Komponenten der vorgegebenen Funktionen der horizontalen und vertikalen Komponenten der Strahlposition entsprechen, die durch, die Positions-Befehlssignale hervorgerufen wird, wobei die zweiten Einrichtungen auf die horizontalen und vertikalen Strahlpositions-Befehlssignale ansprechende digitale Codiereinrichtungen, die eine Vielzahl von digitalen Wortsignalen erzeugen, die eine entsprechende Vielzahl von Sektoren des Betrachtungsschirmes und der Lochmaske definieren, und Speichereinrichfrungen für jede der Vielzahl von Strahlen ein, die auf die digitalen Wortsignale ansprechen, um die Vielzahl von digitalen Fein-Konvergenzkorrektursignalen zu liefern, und dritte, auf die analogen und digitalen Konvergenzsignale ansprechende Einrichtungen, die zu der Summe der Analog- und Digital-

-ικί-

-M-

Konvergenzsignale proportionale Ströme an die Konvergenzwickliuigen liefern«

Die Kompensation beruht grundsätzlich auf einer Analog-Grob-/Digital-Fein-Technik, bei der die Grob-Kompensation

2 P durch die Koeffizienten der primären Ausdrücke χ , y der horizontalen und vertikalen Positionspolynome des Strahls in Inalogformat erreicht wird, während die Fein-Kompensation durch digitale Speicher, beispielsweise durch programmierbare Festwertspeicher (PROM) erreicht wird, die die präzisen Werte für die Koeffizienten der übrigen Ausdrücke dieser Polynome darstellen» Jeder Speicher ist jedem der drei Strahlen zugeordnet, die als die Rot-, Grünland Blau-Strahlen bezeichnet werden, und die Speicherinhalte liefern vorgegebene präzise Verschiebungen oder diskrete Schritte der parabolischen Korrekturkurve, die

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durch die χ -, y -Ausdrücke definiert ist, was zu einer nahezu perfekten Strahlkonvergenz über eine im wesentlichen unbeschränkte Vielzahl von Bildschirmsektoren führt, wobei diese Vielzahl lediglich von der Analog-/Digital-Wortgröße und der Speicherkapazität abhängt«, Die Speicher werden so adressiert, daß diese Fein-Kompensationsdaten entsprechend der jeweiligen x- und y-Strahlpositions-Befehle ausgelesen werden« Die Fein-Kompensationsdaten werden einer Digital-/Analog-Umwandlung unterworfen und dann mit den Grob-Analog-Kompensationsdaten summiert, und das Ergebnis dieser Summierung wird den Konvergenzkorrekturwicklungen zugeführt, so daß sich eine präzise Konvergenz für alle drei Strahlen an der Ebene der Lochmaske oder des Bildschirms für alle Strahlpositionen ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer in der

Zeichnung dargestellten Ausführungsform des Farbbildröhren-Darstellungssystems noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer typischen Farbbildröhre vom Lochmasken-Typ,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1, aus der in Delta-Form angeordnete Strahlkanonen und Konvergenzkompensationswicklungen erkennbar sind,

Fig. 3 in. stark vergrößertem Maßstab die Auswirkungen von richtig und fehlerhaft konvergierten JRot- und Grünstrahlen,

Fig. 4- eine bevorzugte Ausführungsforra eines Sektormusters ,

Fig. 5a und 5b zusammen ein Schaltbild einer Ausführungsform der Konvergenzkompensationseinrichtung.

In Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer typischen Farbbildröhre vom Lochmasken-Typ gezeigt. Diese Farbbildröhre umfaßt in üblicher Weise einen Glaskolben 10 mit einer Frontplatte 11, einem trichterförmigen Abschnitt 12 und einem zylindrischen Hals 13· Ein Didyn-Glas-Bandpaßfilter 14 ist zusätzlich zur Färb- und Eontrastverbesserung vorgesehen. Im Inneren des Glaskolbens

10 sind in üblicher Weise drei übliche Farbkathodenstrahlröhren—Elektronenstrahlkanonen 15, 16 und 17 befestigt, die im folgenden als die rote, die grüne bzw. die blaue Elektronenstrahlkanone bezeichnet werden, und diese Elektronenstrahlkanonen erzeugen Elektronenstrahlen, die als der rote Strahl 15'> der grüne Strahl 16' und der blaue Strahl 17' bezeichnet werden. Weil die Heizeinrichtungen und die Hochspannungsanode zur Erzielung hoher Elektronengeschwindigkeiten üblich aufgebaut sind und allgemein bekannt sind, sind sie nicht dargestellt.

Den Elektronenstrablkanonen-Kathoden sind übliche Strahlformergitter oder Elektroden G_x,, Gp ^¹¹^ G, ^zur Beschleunigung und Fokussierung der scharfen dünnen Elektronenstrahlen 15's 16' und 17' und zur Fokussierung dieser Strahlen nominell am Mittelpunkt des Bildschirms oder der Frontplatte 11 zugeordnet. Ein.weiterer Satz von internen Polstücken 20, 21 und 22 ist ebenfalls vorgesehen, wobei die Funktion dieser Polstücke weiter unten erläutert wirdο Alle vorstehenden, der Elektronenstrahlkanone zugeordneten Elemente sind üblicherweise in einer einzigen mechanischen Baugruppe enthalten, die innerhalb vorgegebener, jedoch endlicher Toleranzen ausgerichtet und in den Röhrenhals 13 eingesetzt ist, wobei die elektrische Verbindung durch Glas-/Metall-Dichtungen am Ende des Röhrenhalses erfolgt. Wie dies weiter oben erläutert wurde, wird eine Delta-Anordnung der Elektronenstrahlkanonen 15» 16 und 17 bevorzugt, wie sie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, um eine große Fokussierungslinse und eine höhere Strahldichte und damit äine resultierende kleinere, sauberere und hellere Darstellung zu erzielen, insbesondere bei durch Striche geschriebenen Symboldarstellungen.

31b 13

Am bildschirmseitigen Ende des Glaskolbens 10 ist die Lochmaske 25 angeordnet, die üblich aufgebaut ist und eine Metallplatte aufweist, die eine sehr große Anzahl von in einer Matrix angeordneten sehr kleinen Löchern (Fig. 3) aufweist und starr in einer vorgegebenen Beziehung zur und mit Abstand von der inneren Frontplattenoberfläche befestigt ist. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sind die Löcher in einem derartigen Muster angeordnet, daß irgendwelche drei Löcher sehr nahe aneinanderliegen und einen Winkelabstand von 120 aufweisen, wobei die Elektronenstrahlkanonen 15, 16 und 17 vorzugsweise mit diesen drei Löchern und ihrer Lage ausgerichtet sind. Die hintere oder innere Oberfläche der Frontplatte 11 ist in üblicher Weise mit einer entsprechenden großen Anzahl von in einer Matrix angeordneten roten, grünen und blauen Leuchtstoff- oder Phosphorpunkten versehen, von denen drei schematisch bei 27 in Fig.. 1 angedeutet sind und die durch ein schwarzes oder Licht absorbierendes Material getrennt sind. Die roten, grünen und blauen Leuchtstoffmuster werden auf die Frontplatte durch den Lochmaskenschirm 25 in einer üblichen Weise unter Verwendung eines Photobeschichtungs- und Ätzverfahrens aufgebracht, so daß die Lochmaske 25 und die sich dann ergebende Frontplatte 11 zu einem eindeutig zugeordneten Satz werden. Wie dies schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, werden eine oder mehrere der Elektronenstrahlkanonen 15, 16, 17 durch Video-Signale entsprechend der gewünschten darzustellenden Farbe eingeschaltet, wobei die Elektronenstrahlen 15' , 16' , 17' durcsh die Lochmaske in gewünschter Weise durch ein einziges Loch hindurchlaufen, wiederum austreten und divergieren, so daß sie auf den entsprechenden Leuchtstoffpunkt oder die -punkte

auftreffen und die angesteuerte Farbe reproduzieren.

Wie dies weiter unten ausführlicher erläutert wird, werden, wenn irgendwelche Teile der Strahlen durch irgendein benachbartes Loch der Lochmaske hindurchlaufen, benachbarte Farbpunkte angesteuert, was zu einem sichtbaren Randfeld um das gewünschte Farbbild führt, das der Farbe des fehlerhaft angeregten Punktes entspricht» Dieser unerx-ninschte Effekt wird hier als Konvergenz fehl er bezeichnet» Es sind übliche Farbreinhextseinsteilungen 29 und Blauquer-Einstellungen 30 vorgesehen, und die Funktionen dieser Teile sind gut bekannt. Schließlich werden die Strahlen in Abhängigkeit von horizontalen und vertikalen Ablenksteuersignalen mit Hilfe von üblichen Ablenkwicklungen 31 abgelenkt, die eine wirksame Ablenkebene 32 aufweisen. Diese Signale können Rasterdarstellungen oder Strichschreibdarstellungen oder eine Kombination beider Darstellungen aufgrund von üblichen und gut bekannten Kathodenstrahlröhren-Symbolerzeugungstechniken ergeben.

Obwohl die Herstellung einer Farbkathodenstrahlröhre vom Lochmasken-Typ mit äußerster Präzision durchgeführt wird, verhindern endliche Herstellungstoleranzen eine Perfektion,, Beispielsweise tragen geringe Fehlausrichtungen zwischen den Elektronenstrahlkanonen, deren Befestigungen und den Röhrenhalsabmessungen bezüglich dem Lochmasken-VLeuchtstoffbildschirm-Paar zu einem Konvergenz fehl er der Strahlen bei. Weil weiterhin die drei Strahlen durch unterschiedliche Punkte in der Ablenkebene nicht hindurchlaufen, xiTXrd jeder Strahl geringfügig abweichend von dem anderen abgelenkt. Dies trägt in Kombination mit den natürlichen Uicht-Linearitäten der Ablenkfelder selbst

-rt-

zum Konvergenzfehler bei. Obwohl eine nahezu perfekte Konvergenz im Mittelbereich des Bildschirms erreicht werden kann, entsteht ein erheblicher Konvergenzfehler, wenn der Strahl in Richtung auf den Umfang des Bildschirms abgelenkt wird. Weiterhin ist, obwohl ein gewisser Konvergenzfehler bei Darstellungen vom Raster-Typ nicht zu nachteilig ist» dieser Fehler bei in Form von Strichen geschriebenen Symbolen sehr deutlich sichtbar.

Fig. 3 zeigt schematisch einen typischen Konvergenzfehler der roten und grünen Strahlen 15¹ und-16'. Es wäre erwünscht, daß beide Strahlen so fokussiert wären, daß sie sich an einem Loch 26a der Lochmaske schneiden, so daß sie sich beim Austreten aus dem Loch trennen oder divergieren und der rote Strahl einen roten Leuchtstoffpunkt ansteuert, während der grüne Strahl einen grünen Punkt ansteuert, was für den Betrachter den Eindruck einer gelben Farbe ergibt. Aufgrund des Konvergenzfehlers gemäß Fig. 3 konvergieren die roten und grünen Strahlen jedoch nicht präzise auf dem einzigen Loch 26a, und der rote Strahl wird mehr (oder weniger) abgelenkt als der grüne Strahl, so daß ein Teil von diesem Strahl von einem benachbarten Loch 26b aus austritt, so daß der entsprechende rote Punkt angesteuert wird. Das Ergebnis besteht darin, daß das gewünschte gelbe Bild einen roten Randbereich auf einer Seite aufweist. In ähnlicher Weise wird, wenn der grüne Strahl weniger (oder" mehr) als der rote Strahl abgelenkt wird, so daß ein Teil dieses Strahls von einem benachbarten Loch 26c austritt, der entsprechende grüne Punkt angesteuert, was zu einem grünen Randfeld auf einer anderen Seite des gewünschten gelben Bildes führt. Wie dies im folgenden noch näher erläutert wird, wird bei dem

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hier beschriebenen Farbbildröhren-Darstellungssystem dieser unerwünschte Effekt dadurch beseitigt, daß eine verbesserte Konvergenzsteuerung der drei Strahlen über die gesamte Fläche der Kathodenstrahlröhre erzielt wird.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen dynamischen Konvergenzsteuereinrichtung umfaßt kombinierte Inalog-/-Digital-Schaltungen, die schematisch in Fig. 5 dargestellt sind und deren Ausgänge die Form von Präzisionsströmen aufweisen, die den Konvergenzwicklungen 35 zugeführt werden, die außerhalb des Halses 13 des Glaskolbens 10 benachbart zu den Elektronenstrahlkanonen-Polstücken 20, 21 und 22 befestigt sind, wie dies in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist» Die Wicklungen 35 umfassen drei getrennte Wicklungen 36» 37 und 38, die um eine in geeigneter Weise geformte Kernstruktur 36', 37' und 38' gewickelt sind, wie dies in Fig» 2 gezeigt ist, und die mit den magnetisierbar en Polstücken 20, 21 und 22 zusammenwirken, die den roten, grünen und blauen Strahlkanonen 15, 16 bzw» zugeordnet sind» Die Strome in den Wicklungen 36 bis 38 erzeugen einen Magnetfluß in den jeweiligen internen Polstücken 20 bis 22, die ihrerseits die Bahnen der Elektronen der jeweiligen Strahlen 15', 16', 17' unabhängig von den Ablenkwicklungen 31 derart steuern, daß alle drei Strahlen an der Lochmaske 25 konvergieren oder auf dieser genau fokussiert sind, so daß alle Strahlen bei allen Befehlspositionen des Strahls aufgrund der Ablenkwicklungsströme lediglich durch ein einziges Loch der Maske hindurchlauf en«

In Figo 5 sind die grundlegenden Bauteile der Ausführungsform der Hybrid-Konvergenzsteuereinrichtung, d. h„

einer kombinierten Analog- tmd Digital-Konvergenzsteuereinrichtung, gezeigt, nämlich:

X- und T-Hocügeschwindigkeits-Analog-ZDigital-Konverter (A/D) 40, 41, die auf die X- (Horizontal-) und X- (Vertikal-)Positionen der Strahlen, die durch übliche (nicht gezeigte) X- und Y-Strahlablenkverstärker zur Steuerung der Ablenkwicklungen $1 bestimmt werden und die Strahlposition codieren;

drei programmierbare Konvergenz-Festwertspeicher (PROM) 42, 43 und 44 zur Lieferung jeweiliger Rot-, Grün- und Blau-Fein-Konvergenzkorrektursignale;

drei Hochgeschwindigkeits-Digital-ZAnalog-Konverter (D/A) 45, 46 und 47 zur Lieferung von analogen Rot-, Grün- und Blau-Fein-Korrektursignalen;

drei Summierverstärker 48, 49 und 50 zur Summierung der Rot-, Grün- und Blau-Fein-Korrektursignale mit den Grob-Korrektursignalen, die von von üblichen Horizontal- und Vertikal-Strahlablenkverstärkern gelieferten Strahlpositionssignalen abgeleitet werden; und

drei Transkonduktanzverstärker 51 * 52 und 53 zur Umwandlung der abschließenden Konvergenzkorrekturspannungssignale in entsprechende Präzisionsströme zur Ansteuerung der Rot-, Grün- und Blau-Konvergenzkorrekturwicklungen bis 38.

Im einzelnen .werden die X- und Y-Strahlpositionsdaten im Analog-Format an Eingangsanschlussen 60 und 61 empfangen, und zwar in Abhängigkeit von der Strahlposition, für die Steuersignale von einem üblichen Symbolgenerator erzeugt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der

Strahlposition, die durch die horizontalen und vertikalen Sägezahn-Ausgangssignale eines üblichen Rastergenerator "bestimmt ist, wobei die Ausgangssignale dieses Hastergenerators vor der Korrektur in der Linearitätskorrektureinrichtung abgenommen werden, die die Ablenkströme in Abhängigkeit von der Geometrie der Kathodenstrahlröhre formt» Ein geeigneter Ablenkverstärker ist in der europäischen Patentschrift 0 037 242 gezeigt. Die normalerweise bipolaren X- und Y-Positionssignale werden in unipolare Signale"umgewandelt, in Verstärkern 62 und 63 gepuffert und den EingangsanSchlussen von üblichen Hochgeschwindigkeits-Synchron-A/D-Wandlern 40 und 41 zugeführt, die durch einen geeigneten Taktgenerator 64 angesteuert werden, der beispielsweise mit 5 MHz arbeitet. Die beiden A/D-Vandler sind vom gleichen Typ und codieren die analoge Eingangsspannurtg in ein entsprechendes Vier-Bit-Digitalwort« Damit unterteilt der parallele Vier-Bit-Digitalausgang des X-Positions-A/D-Wandlers 40 den Kathodenstrahlröhrenbildschirm in sechzehn diskrete vertikale Spalten 54, während der parallele Vier-Bit-Digitalausgang des Y-Positions-A/D-Wandlers 41 den Kathodenstrahlröhrenbildschirm in sechzehn diskrete horizontale Reihen 55 unterteilt. Wenn diese Ausgänge kombiniert werden, so definieren sie eine 16 χ 16-Matrix, die den Bildschirm 11 in. 256 diskrete Sektoren unterteilt» Diese Sektormatrix ist in Fig» 4 gezeigt» Es können selbstverständlich andere Zahlen von Sektoren verwendet werden. Diese Sektorpositionsdaten werden Könvergenzkorrektur-Festwertspeichern (PEOM) 42, 43 und 44 zugeführt, die entsprechend der digitalen Fein-Konvergenzkorrekturdaten für jeden der 256 Bildschirmsektoren vorprogrammiert sind. Weil die Korrektur vollständig elektronisch ist, ist die Anzahl der

-ZO-

Sektoren lediglich durch die A/D-Wandler-Wortgröße und die Kapazität der Festwertspeicher sowie das Ausmaß der gewünschten Perfektion begrenzt.

Während der Eichung oder des Abgleiche der vollständig zusammengebauten Kathodenstrahlröhre werden alle drei Strahlen eingeschaltet und so eingestellt, daß ein vorgegebenes Muster gebildet wird, beispielsweise ein Punkt oder eine kurze Linie, die dann durch Anlegen vorgegebener Signale an die Ablenkwicklung 35 abgelenkt wird, um den Punkt oder die kurze Linie an jedem der Sektoren des Bildschirms anzuordnen. Die Grob-Konvergenzkorrektursig-

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nale χ und y , die von den Ausgängen der Linearitatskorrektureinrichtungen der Horizontal- und Vertikal-Ablenkverstärker abgeleitet werden, werden den Konvergenzkorrekturwicklungen 36 bis 38 an jedem Matrixsektor zugeführt, um eine Grob-Konvergenzkompensation durchzuführen, die auf den Eigenarten der Geometrie der Bildröhre und den Eigenschaften der Ablenkwicklungen beruht. Wenn die Konvergenz an einem bestimmten Bildschirmsektor perfekt oder befriedigend für die Anwendung ist, so ist das dargestellte Muster weiß. Wenn irgendein Konvergenzfehler auftritt, so schließt das Muster ein rotes und/oder grünes und/oder blaues Randfeld in Abhängigkeit von der Größe und Richtung des Konvergenzfehlers ein. In einer Technik wird dieser Konvergenzfehler an jedem X- und Y-Matrixsektor dadurch korrigiert, daß zusätzliche Ströme an jede der Rot-, Grün- und Blau-Korrekturwicklungen 36 bis 38 geliefert werden, bis das jeweilige Farb-Randfeld beseitigt oder auf einen fur die Anwendung annehmbaren Wert verringert ist, wobei dann der Wert dieses erforderlichen Stromes genau bestimmt ist. Jeder dieser Ströme

--2Θ -

wird dann in üblicher Weise digitalisiert und zur Programmierung der Rot-, Grün- und Blau-Festwertspeicher 42, 43 und 44 derart verwendet, daß für jede X- und Y-Matrixposition der Strahlen 15', 16', 1?' drei Acht-Bit-Digitalzahlen, die den erforderlichen Rot-, Grün- und Blau-Fein-Korrekturströmen entsprechen, von den Festwertspeichern geliefert werden.

Es kann eine andere Technik zur Festlegung der digitalen Ausgänge der Festwertspeicher verwendet werden. Anstelle der Ermittlung von Korrekturströmen für jede der 256 Zellen der X-Y-Matrix kann eine geringere Anzahl von Zellen angeregt und überprüft werden, während die übrigen Ströme durch Extrapolation bestimmt werden. Für den Fachmann ist es ein leichtes, ein Rechnerprogramm zur Durchführung dieser Technik zu entwickeln.

Es kann eine weitere Technik verwendet werden, die in den Fällen anwendbar ist, xvenn eine Bildröhre und die zugehörigen Ablenkwicklungen als vorabgeglichene einstückige Baugruppe von einem Hersteller geliefert wird. In diesem Fall liefert der Hersteller einen Satz von empfohlenen Konvergenzschwingungsformen, die er für die spezielle Einheit ermittelt hat» Im allgemeinen sind diese Schwingungsformen Darstellungen der erforderlichen Konvergenzkorrekturströme bezüglich der horizontalen und vertikalen Strahlpositionen« Es gibt selbstverständlich einen Satz für jeden Farbanteil, und jeder Satz schließt nicht nur

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die primären parabolischen χ -, y '-Komponenten, sondern auch Komponenten niedrigerer und höherer Ordnung ein, beispielsiveise erste und dritte asymmetrische Komponenten und vierte symmetrische Komponenten. Eine typische

-U-

Konvergenzkorrekturstrom-Serie zur vierten Potenz für die horizontale grüne Komponente kann typischerweise wie folgt ausgedrückt werden:

ρ ζ 4 leg = I1gx + I2gx + I3gx + I4gx .

In der Praxis werden die Koeffizienten der x-Ausdrücke entweder durch die beschriebenen Techniken oder andere Techniken bestimmt und diese Werte werden zur Darstellung der vier entsprechenden Korrekturströme gegenüber den x-

P Strahlpositionskurven verwendet. Die primären oder χ Stromkomponenten, die durch die Kurven festgelegt sind,

ρ
werden zur Formung der χ -Spannungen von der Linearitätskorrektureinrichtung des horizontalen Ablenkverstärkers auf der Grundlage der besten Anpassung verwendet, beispielsweise durch Auswahl der Widerstände 70, 71 und 72, 73 und 74, 75 nach Fig. 5. Die Koeffizienten erster, dritter und vierter Ordnung werden zur Bestimmung der resultierenden Pein-Korrekturströme verwendet, wobei diese Ströme ihrerseits digitalisiert und in üblicher Weise verwendet werden, um den X-Positionsinhalt des "grünen" Pestwertspeichers festzulegen. Das gleiche Verfahren wird zur Festlegung des Y-Positionsinhaltes des "grünen" Festwertspeichers und der X- und X-Positionsinhalte der "roten" und "blauen" Festwertspeicher verwendet.

Nach der Programmierung der Festwertspeicher 42, 43 und 44 unter Verwendung einer der vorstehenden oder anderer Techniken enthalten diese Festwertspeicher nunmehr eine Vielzahl von Digitalworten, im vorliegenden Ausführungsbeispiel 256, die den Rot-, Grün- und Blau-Konvergenzströmen entsprechen, die für die Fein-Konvergenzkorrektur

für jede χ_ und Y-Matrixposition der Strahlen erforderlich sind« Es ist daher lediglich erforderlich, diese Festwertspeicher zu adressieren und ihren Inhalt als Funktion der befohlenen oder angesteuerten Strahlposition

2 2 auszugeben, wobei diese Inhalte mit den primären χ -, j -Signalen von der Linearitätskorrektureinrichtung des Ablenkverstärkers kombiniert oder addiert werden.

Entsprechend werden durch den Taktgenerator 64- über die Leitung 76 synchron^; die Vier-Bit-Digitalworte aus den X- und X-A/D-Wandlern ausgeleitet, uih die Festwertspeicher 42, 43 und 44 über das Parallelnetzwerk 77 zu adressieren. Die jeweiligen Ausgänge der Festwertspeicher, die den Fein-Konvergenzkorrekturströmen für die angesteuerte Matrixzelle entsprechen, werden in üblichen Zwischenspeichern 78, 79» 80 gespeichert. Es ist zu erkennen, daß die Daten aus diesen Zwischenspeichern in A/D-Wandler 45, 46 und 47 synchron mit den A/D-Wandlern über die Taktleitung 81 ausgespeichert werden. Dieser synchrone Umwandlungsund Zwischenspeichervorgang führt zu zitterfreien Korrektursignalen. Damit liefert jeder D/A~Wandler 45, 46 und 47 einen Ausgangsstrotn, der proportional zu der Rot-, Grün- und Blau-Fein-Konvergenzkorrektur ist, die für die Matrixzelle erforderlich ist, an der sich der Strahl befindet. Diese Fein-Korrektur-Ausgangsdaten werden mit den

ρ ρ
χ - und y -Grob-Strahlpositionsströmen summiert, die längs der Widerstände 70 bis 7^> erzeugt werden, die so ausgewählt sind, daß sich eine so gut wie mögliche Kurvenanpassung an die drei horizontalen und die drei vertikalen charakteristischen Parabeln ergibt, die weiter oben beschrieben wurden. Es ist jedoch zu erkennen, daß die von den Festwertspeichern abgeleiteten Fein-Korrektur-

ströme dazu dienen, schrittweise die angenäherten parabo-

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lischen χ -, y -Kurven auf die genaue Form für jede Strahlposition zu verschieben, d. h. die präzisen Werte der anderen Ausdrücke der Konvergenzkorrektur-Potenzserie einzufügen, die weiter oben erläutert wurde, wobei dieser Vorgang an die Stelle der Nachbildung dieser Werte durch die Potentiometer-Formernetzwerke bekannter Art tritt.

Die summierten Grob- und Fein~Rot-, -Grün- und -Blau-Ströme werden den Summierverstärkern 48, 49 und 50 zugeführt, um präzise entsprechende Spannungen an den Ausgängen 83, 84 bzw. 85 zu erzeugen. Diese Spannungen werden über die Transkonduktanzverstärker 51 > 52 und 53 in entsprechende Präzisionsströme umgewandelt und direkt den Rot-, Grün- und Blau-Konvergenz wicklungen 36, 37 "und 38 zugeführt. Wie dies weiter oben erläutert wurde, erzeugen diese Wicklungsströme aufgrund der Eisenkerne einen Magnetfluß längs der Polstücke. 20, 21 und 22 der .Rot-, Grün- und Blau-Kathodenstrukturen, um deren Strahlbahnen in derartigen Richtungen zu ändern, daß sie genau an der Oberfläche der Lochmaske für alle StrahlWinkelpositionen konvergieren* Die Erfahrung hat gezeigt, daß diese verbesserte Konvergenz bei jeder Strahlposition innerhalb von 0,05 mm liegt.

Claims

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Pätentenwäüe Dip!.-Ing. Curt Wallach Dipl,-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufirigerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum:

Unser Zeichen: 17 3^5

Patent ansprüche

Iy Farbbildröhren-Darstellungssystem mit einer Kathodenstrahlröhre mit einem allgemein ebenen Bildschirm und einer damit zusammenwirkenden Lochmaske mit vorgegebenen horizontalen und vertikales. Abmessungen, und mit einer Anzahl von Kathoden, die eine Anzahl von Kathodenstrahlen erzeugen, die so steuerbar sind, daß sie auf einem einzigen einer sehr großen Anzahl von Löchern in der Lochmaske für im wesentlichen alle horizontalen und vertikalen Positionen der Strahlen konvergieren, die durch Strahlpositions-Befehlssigna-Ie und durch Strahlablenksignale hervorgerufen werden, die den Ablenkwicklungen der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden, wobei die Kathodenstrahlröhre weiterhin jeder der Kathoden zugeordnete Konvergenzwicklungen einschließt, um die Position jedes Strahls unabhängig von den Ablenkwicklungen einzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß das System weiterhin eine Hybrid-Konvergenzsteuereinrichtung aufweist, die erste, auf die Strahlablenksignale ansprechende Einrichtungen zur Erzeugung einer Anzahl von analogen Grob-Konvergenzkorrektursignalen, die jeweils ersten Komponenten von vorgegebenen Funktionen der horizontalen und vertikalen

ο ι ο

ο ι j J

Komponenten der durch die Ablenksignale hervorgerufenen Strahlposition entsprechen, zweite, auf die Strahlpositions-Befehlssignale ansprechende Einrichtungen zur Erzeugung einer Anzahl von digitalen Fein-Konvergeiizkorrektur signal en, die Jeweils zumindest zweiten Komponenten der vorgegebenen Funktionen der horizontalen und vertikalen Komponenten der durch die Positions-Befehlssignale hervorgerufenen Strahlposition entsprechen, wobei die zweiten Einrichtungen auf die horizontal en und vertikalen Strahlpositions-Befehlssignale ansprechende digitale Codiereinrichtungen (40, 41) zur Lieferung einer Vielzahl von digitalen Wortsignalen, die eine entsprechende Anzahl von Sektoren des Bildschirms (14) und der Lochmaske (25) definieren, und Speicher einrichtungen (4-2, 4-3, 4-4-) für jeden der Anzahl von Strahlen umfaßt, die auf die digitalen Wortsignale ansprechen und die Anzahl von digitalen Fein-Konvergenzkorrektursignalen liefern, und dritte Einrichtungen (4-8-50, 51-53) einschließt, die auf die Analog- und D^gital-Konvergenzsignale ansprechen, um Ströme an die Konvergenzwicklungen (36, 37» 38) zu liefern, die proportional zur Summe der Analog- und Digital-Konvergenzsignale sind.
2. Darstellungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten Einrichtungen Speichereinrichtungen einschließen, die aus programmierbaren Festwertspeichern (4-2, 4-3, 44-) bestehen, und daß die digitalen Godiereinrichtungen Horizontal- und Vertikal-Analog-/I>igital-w'andlereinrichtungen (40, 41) einschließen, die auf die

horizontalen und vertikalen Strahlpositions-Befehlssignale ansprechen, und daß die aweiten Einrichtungen weiterhin Zwischenspeichereinrichtungen (78» 79? 80) zur Aufnahme der Ausgangssignale der jeweiligen Speichereinrichtungen einschließen.
3. Darstellungssystem nach Anspruch 2, da d u r c h gekennzeichnet , daß die Analog-/Digi~ tal-Wandlereinrichtungen (40, 4-1) synchrone Analog-/-Digital-Wandlereinrichtungen einschließen und daß die zweiten Einrichtungen weiterhin iDaktgeneratoreinrichtungen (64) zur Lieferung einer Impulsfolge mit einer vorgegebenen Frequenz liefern, die die Analog-Digital-Wandler einrichtungen (40, 41) und die Zwischenspeichereinrichtungen (78, 79» 80) synchron steuern»

4, Darstellungssystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die dritten Einrichtungen Digital-/Analog-Vandlereinrichtungen (45, 46, 47) einschließen, die auf die Zwischenspeichereinrichtungen (78, 79» 80) ansprechen.