DE3151339A1 - Farbbildroehren-darstellungssystem - Google Patents
Farbbildroehren-darstellungssystemInfo
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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-
-7-
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
2151339
-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
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.
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
2 2
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.
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 Gx,, 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-
2 2
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
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
2 2
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
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.
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-
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-
2 2
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.
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 (3)
- w ,0 I OJaPätentenwäüe Dip!.-Ing. Curt Wallach Dipl,-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer FeldkampD-8000 München 2 · Kaufirigerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai dDatum:Unser Zeichen: 17 3^5Patent ansprücheIy 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 vertikalenο ι οο ι j JKomponenten 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 diehorizontalen 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.
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