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Die
Erfindung betrifft eine Ablenkeinheit für Farb-Kathodenstrahlröhren. Diese
Einheit wird auch als Ablenker (Reflektor) bezeichnet und enthält ein Paar
von Horizontalablenkspulen und ein Paar von Vertikalablenkspulen
in der Form eines Sattels, dessen besondere Form die Minimierung
der Konvergenzfehler ermöglicht.
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Eine
Kathodenstrahlröhre
zur Erzeugung von Farbbildern enthält im Allgemeinen eine drei
koplanare Elektronenstrahlen emittierende Elektronenkanone. Jeder
Strahl dient zur Anregung von Bändern
aus einem Leuchtmaterial der entsprechenden Farbe (Rot, Grün oder Blau)
auf dem Schirm der Röhre.
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Die
Elektronenstrahlen tasten den Schirm der Röhre unter dem Einfluss von
Ablenkfeldern ab, die durch die horizontale und vertikale Ablenkspule
der Ablenkeinheit erzeugt werden, die auf dem Hals der Röhre befestigt
sind. Ein Ring aus einem ferromagnetischen Material umgibt bekannter
Weise die Lenkspulen derart, dass die Ablenkfelder in dem entsprechenden
Bereich konzentriert werden.
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Die
drei durch die Elektronenkanone erzeugten Strahlen müssen immer
auf dem Schirm der Röhre konvergieren.
Ansonsten ergibt sich die Einführung
eines so genannten Konvergenzfehlers, der insbesondere die Wiedergabeschärfe der
Farben verfälscht.
Um eine Konvergenz der drei koplanaren Strahlen zu erreichen, ist
es bekannt, so genannte selbst konvergierende astigmatische Ablenkfelder
anzuwenden. In einer selbst konvergierenden Ablenkspule hat die
Intensität
des Horizontalablenkfeldes dann eine kissenförmige Verteilung und die des
Vertikalablenkfelds hat eine trommelförmige Verteilung.
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Coma
ist eine Abkürzung,
die die Seitenstrahlen, die von einer Elektronenkanone mit drei
Strahlen in-line (in der Zeile) beeinträchtigen, unabhängig von
dem Astigmatismus der Ablenkfelder und der Krümmung der Schirmoberfläche der
Röhre.
Diese Seitenstrahlen gelangen in den Ablenkbereich bei einem kleinen
Winkel relativ zu der Achse der Röhre und unterliegen einer Ablenkung
zusätzlich
zu der des axialen Strahls. Das Coma wird im Allgemeinen durch Änderung
der Verteilung der Ablenkfelder an dem Punkt korrigiert, wo der Strahl
in die Ablenkeinheit eintritt, so dass das erzeugte Coma durch die
Feldverteilung kompensiert wird, die benötigt wird, um den gewünschten
Astigmatismus für
eine Selbstkonvergenz zu erreichen. Somit hat für das Horizontalablenkfeld
das Feld an der Rückseite
der Ablenkeinheit die Form einer Tonne und in dem vorderen Teil
die Form eines Kissens.
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Feldkonfigurationen,
wie die oben beschriebenen, können
das Auftreten von Fehlern in der Konvergenz der seitlichen Elektronenstrahlen
verursachen, das sich auf einem rechteckförmigen Testmuster ergibt, das
auf dem Hals der Röhre
durch eine Verschiebung in dem roten Bild relativ zu dem blauen
Bild entlang der Vertikalkante des Testmusters wiedergegeben wird.
Wenn die Verschiebung sich linear ändert, ist es in bekannter
Weise möglich,
dafür Abhilfe
zu schaffen. Wenn sich andererseits der Wert der Rot/Blau-Konvergenzfehler
nicht linear entlang der Vertikalkante des Testmusters ändert, gab
es bisher kein Mittel zur Abhilfe dieser Erscheinung, bezeichnet
mit vertikale Blauwelle ("vertical
blue wave") in einer
einfachen Weise.
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Außerdem sind
die Geometrieprobleme des auf dem Schirm der Röhre erzeugten Bilds, von Coma und
von der Konvergenz abhängig
von der Ebenheit des Schirms und mit der Größe der Letzteren. Konventionelle
Kathodenstrahlröhren,
die vor einigen Jahren erzeugt wurden und einen Schirm mit runder
Form enthalten, haben im Allgemeinen einen kleinen Krümmungsradius.
Da der laufende Trend in Richtung von Schirmen mit einem großen Krümmungsradius
geht oder zu vollständig
flachen Schirmen mit Diagonalen größer als eine Länge von
70 cm geht, wurde es zunehmend schwierig, die oben genannten Probleme
nur durch Mittel geeigneter Felder zu steuern, die durch die Ablenkspulen
erzeugt werden.
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Es
ist allgemeine Praxis, das Ablenksystem in drei aufeinander folgende
Wirkungsbereiche entlang der Hauptachse der Röhre aufzuteilen: der hintere
Bereich am nächsten
zu der Elektronenkanone beeinflusst stärker das Coma, der Zwischenbereich
wirkt mehr auf den Astigmatismus des Ablenkfeldes und daher die Konvergenz
des roten und blauen Elektronenstrahls, und schließlich wirkt
der vordere Bereich, der am nächsten
zu dem Bildschirm liegt, auf die Geometrie des Bildes, das auf dem
Schirm der Röhre
erzeugt wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist, eine Lösung
für das
genannte "vertikale
blaue Welle" Problem
zu liefern ohne zusätzliche
Komponenten wie Metallstücke,
die so angeordnet sind, dass sie örtlich die Felder des Permanentmagneten ändern, oder
Magnete. Letzte Lösung
liefert eine zusätzliche
Steuerung ohne jedoch die anderen Eigenschaften der Ablenkeinheit
zu beeinträchtigen.
Die Korrektur einer Eigenschaft bewirkt im Allgemeinen eine Verschlechterung
von einer oder mehreren anderen.
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Zu
diesem Zweck enthält
die elektromagnetische Ablenkeinheit für Farb-Kathodenstrahlröhren gemäß der Erfindung ein Paar von
Horizontalablenkspulen und ein Paar von Vertikalablenkspulen, wobei
die Verfikalablenkspulen die Form eines Sattels haben und jede Vertikalablenkspule
ein vorderes Bündel
auf der Schirmseite der Röhre
und ein rückwärtiges Bündel enthält, das
auf der Seite der Elektronenkanone liegt, wobei die Bündel miteinander
durch seitliche Leiterbündel
miteinander verbunden sind, die sich in einer Richtung im Wesentlichen
parallel zu der Hauptachse Z der Röhre erstrecken, und das vordere
und das hintere Bündel
und die seitlichen Leiterbündel
ein von Leitern freies Fenster bilden, dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Bereich in der Nähe
des vorderen Bündels
das Fenster sich über
eine radiale winkelförmige Öffnung Φ größer als
38° erstreckt.
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Die
EP-366 196 zeigt eine elektromagnetische Ablenkeinheit für Farb-Kathodenstrahlröhren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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1 zeigt
eine Kathodenstrahlröhre
mit einer Ablenkeinheit gemäß der Erfindung,
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2 zeigt
diagrammatisch ein Viertel des Schirms der Farb-Kathodenstrahlröhre, auf der die sogenannten "vertikalen blauen
Wellen" Abweichungen
sichtbar sind,
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3 ist
eine Seitenansicht einer Spule gemäß der Erfindung,
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4 zeigt
eine Ausführungsform
einer Vertikalablenkspule gemäß der Erfindung
von vorne, und
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5 zeigt
die Änderung
entlang der Hauptachse Z der Röhre
der Harmonischen der Vertikalablenkspannung, die durch eine Spule
gemäß der Erfindung
erzeugt wird, und den Einfluss der besonderen Anordnung der Leiterseitenbündel auf
die Koeffizienten.
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Wie
in 1 gezeigt, enthält eine selbst konvergierende
Farbwiedergabeeinheit eine Kathodenstrahlröhre mit einem evakuierten Glaskolben 6 und
einer Anordnung von verschiedene Farben darstellenden Phosphoren,
wobei diese Phosphoren an einem der Enden des Kolbens angeordnet
sind, mit Bildung eines Wiedergabeschirms 9 und eines Satzes
von Elektronenkanonen 7 an einem zweiten Ende des Kolbens.
Der Satz von Elektronenkanonen ist derart angeordnet, dass drei
horizontal ausgerichtete Elektronenstrahlen 12 erzeugen
und auf diese Weise jeweils einen der verschiedenen Farbphosphore
erregen. Die Elektronenstrahlen tasten die gesamte Oberfläche des
Schirms durch ein Ablenksystem 1 oder Ablenkeinheit ab.
Diese liegt auf dem Hals 8 der Röhre und enthält ein Paar
von Horizontalablenkspulen 3, ein Paar von Vertikalablenkspulen 4,
die voneinander durch einen Trenner 2 isoliert sind, und
einen Kern 5 aus ferromagnetischem Material zur Konzentration
des Feldes an dem Punkt, wo es wirken soll.
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Innerhalb
des Schutzumfangs der Erfindung hat jede Vertikalablenkspule der
Ablenkeinheit 1 die Form eines Sattels und enthält einen
mit rückwärtigem Bündel bezeichnetes
Teil 19 in der Nähe
zu der Elektronenkanone 7 und erstreckt sich vorzugsweise
in einer Richtung parallel zu der Achse Z. Ein zweiter Teil 29,
genannt das vordere Endbündel,
der Spule 10 liegt in der Nähe des Wiedergabeschirms 9 und
ist bei einer Entfernung von der Achse Z in einer im Allgemeinen
zu der letzteren schrägen
Richtung gekrümmt.
Das vordere Endbündel 29 der
sattelförmigen
Spule 4 ist mit dem rückwärtigen Endbündel 19 durch
Gruppen von seitlichen Leitern 120 verbunden. Die Bündel 19 und 29 sowie
die seitlichen Gruppen von Leitern 120 sind im Allgemeinen
symmetrisch angeordnet zu einer Ebene XZ und bilden ein Hauptfenster 18.
Wenn man als Referenz die Richtung des Elektronenflusses, den die
drei Strahlen ausbilden, von der Kanone 7 wird der Bereich, über den sich
das Fenster 18 erstreckt als Zwischenbereich 24 bezeichnet,
der Bereich, über
den sich die Leiter erstrecken, die das vordere Bündel bilden,
wird als der Ausgangsbereich 23 bezeichnet, und der Bereich
der Spule, der an der Rückseite
des Fensters 18 liegt und das rückwärtige Bündel ausbildet, wird mit Eintrittsbereich 25 bezeichnet.
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2 zeigt
eine sogenannte "vertical
blue wave"-Abweichung,
durch die vorliegende Erfindung minimiert werden soll. Ein Testmuster
wird auf einem Viertel des Schirms wiedergegeben und zeigt die Verschiebung
der Bilder, die durch den roten Strahl 30 und den blauen
Strahl 31 erzeugt werden. In erster Annäherung ist das "vertical blue wave" durch die folgende
Gleichung bestimmt: VBW = (ΔC + ΔA)/2 – ΔB,wobei ΔA der Rot/Blau-Konvergenzfehler
bei 3:00 Uhr ist, ΔC
der Konvergenzfehler bei 2:00 Uhr und ΔB der Konvergenzfehler bei einer
halben Stunde zwischen 2:00 Uhr und 3:00 Uhr ist.
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3 zeigt
in einer Seitenansicht eines der Paare der sattelförmigen Spulen 4 mit
einem Aspekt der Erfindung. Jede Wicklungslage wird durch eine Schleife
aus einem leitenden Draht gebildet und hat im Allgemeinen die Form
eines Sattels.
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Eine
sattelförmige
Spule, wie sie oben beschrieben und in 4 dargestellt
ist, kann mit einem feinen Kupferdraht gewickelt werden, wobei der
Draht mit einer elektrischen Isolierung und mit einem aushärtenden Kleber
bedeckt ist. Die Wicklung erfolgt in einem Wickler, der die sattelförmige Spule
im Wesentlichen in ihrer endgültigen
Form wickelt und die die Abstände 21, 21', 21'', usw. während des Wickelvorgangs einführt. Die Formen
und die Lagen dieser Abstände
werden bestimmt durch zurückziehbare
Pins oder durch Einsätze 28. Nach
der Wicklung wird jede sattelförmige
Spule in eine Schablone gehalten, und Druck wird auf diese angewendet,
um so die gewünschten
mechanischen Abmessungen zu erzielen. Ein Strom fließt durch
den Draht, um so den aushärtenden
Kunststoff zu erweichen, der dann abgekühlt wird, um die Drähte miteinander
zu verbinden und eine selbsttragende sattelförmige Spule zu bilden.
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Wegen
der Symmetrien der Wicklungen kann die Ampere/Windungsdichte N(θ) einer
Spule als eine Fourier-Reihe ausgedrückt werden: N(θ) = ΣAK.cos(Kθ),
für K =
1, 3, 5, 7, usw., mit AK =
(4/π).∫0 π/2 N(θ).cos(Kθ).dθ, wobei
AK die Wicklungsharmonischen sind. Das Potential
kann ausgedruckt werden als die Summe der Amperewindungen von der
Achse, soweit wie Θ,
d. h.: Φ(R,Θ) = ∫i.N(θ).dθ
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Das
Scalarpotential bei einem Punkt M in Koordinaten R, θ kann geschrieben
werden als: Φ(R,Θ) = ΣΦ®.sin(K.Θ), für K = 1,
3, 5, 7, usw.,wobei R der Radius des ferrromagnetischen Kreises
ist, der die Ablenkspulen deckt, um so die Felder zu konzentrieren,
um die Energieeffizienz der Ablenkeinheit zu verbessern.
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Die
Harmonische mit der Ordnungszahl K hat eine Amplitude: ΦK(R) = (AK/K).
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Die
selbst-konvergierenden Ablenkeinheiten haben Vertikalablenkfelder,
deren Intensität
eine tonnenförmige
Verteilung aufweist. Es ist außerdem
bekannt, dass die Konvergenzfehler zwischen dem roten und dem blauen
Strahl in dem Zwischenbereich 24 der Vertikalablenkspulen
korrigiert werden durch Änderung
der Lage der Leiter der seitlichen Leiterbündel, um die Harmonischen 3.
und/oder 5. Ordnung zu ändern.
Diese Betrachtungen haben es bisher ermöglicht, den Aufbau der Vertikalablenkspulen
mit einem Hauptfenster so eng wie möglich auszubilden. Dieser Aufbau
ist besonders geeignet, wenn der "vertical blue wave" gleich oder nahe zu null ist. Jedoch
liefert dieser Spulenaufbau keine Lösung, wenn die Rot/Blau-Konvergenzfehler
sich in einer nichtlinearen Weise entlang der Vertikalkante des
Bildes zwischen den Punkten 2:00 Uhr und 3:00 Uhr ändern.
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Die
Erfindung liegt in der Modifikation der 7. und 9. Harmonischen im
Vorderbereich des Hauptfensters 18 in der Nähe zu dem
Ausgangsbereich 23. Durch Änderung der Anordnung der Leiter,
die die seitlichen Leiterbündel 120 in
diesem vorderen Bereich des Hauptfensters bilden, ist es möglich, nur
die Rot/Blau-Konvergenz zu ändern,
um die Erscheinung des "vertical
blue wave" zu eliminieren.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, in der die Vertikalablenkspule von vorne dargestellt ist.
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Die
Vorderseite des Hauptfensters 18 der Vertikalablenkspule
ist daher vergrößert gegenüber dem Stand
der Technik derart, dass in der Nähe des Übergangsbereichs zwischen den
Teilen 23 und 24 der Spule wenigstens 98% der
Leiter der seitlichen Leiterbündel
liegen in einer radialen winkelförmigen Öffnung Θm von weniger als 71°, wobei Θm gemessen
wird hinsichtlich der Trennebene YZ der beiden Vertikalablenkspulen.
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Im
Falle von großen
Röhren
mit einer Schirmdiagonalen von mehr als 70 cm zeigen Versuche, dass Θm vorzugsweise in einem Bereich zwischen
60° und
61° gewählt wird,
was äquivalent
ist zu der Aussage, dass in dem Bereich in der Nähe zu dem vorderen Bündel das
Fenster (18) sich über
einen radialen Winkelbereich Φ von
zwischen 38° und
60° erstreckt.
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Zum
Beispiel liegen für
eine Röhre
mit einer Diagonalen von 97 cm und einem Schirmformat von 16/9 die
Vertikalablenkspule gemäß 4 die
Leiter der seitlichen Leiterbündel
an der Vorderseite des Hauptfensters 18 innerhalb einer
radialen Winkelöffnung Θm von 67,5°.
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Um
die anderen Parameter zu steuern, entweder die Konvergenz oder die
Geometrie der auf dem Schirm gebildeten Bilder, kann das Hauptfenster
in seinem vorderen Teil einen kleinen Bruchteil von seitlichen Leitern
enthalten, ohne dadurch die Rot/Blau-Konvergenzeigenschaften entlang
der Vertikalkante des Bildes zu beeinträchtigen. Zu diesem Zweck muss
die Anzahl der Windungen, die in dem Hauptfenster 18 liegen, klein
sein, höchstens
etwa 2% der die Spule ausmachenden Windungen.
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Die
unten stehenden Tabellen vergleichen die Messungen für ein Viertel
des Schirms, die mit einer Ablenkeinheit erzielt werden, die angepasst
ist an die Vertikalablenkspulen gemäß dem Stand der Technik, das heißt mit einer
Anordnung von seitlichen Leitern derart, dass in dem Bereich in
der Nähe
zu dem vorderen Bündel
das Hauptfenster 18 sich über eine radiale winkelförmige Öffnung Φ wie von
37° erstreckt
und eine Ablenkeinheit mit Vertikalablenkspulen gemäß der Erfindung,
wobei diese für
die oben genannte Röhre
mit einer Diagonalen von 97 cm zutrifft.
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Es
ist ersichtlich, dass der Wert des "vertical bleu wave" -Fehlers beträchtlich verringert wurde, ausgehend
von 1,16 mm bis 0,62 mm. Diese Korrektur erfolgte ohne Änderung
des Coma oder der Geometrie des Bildes.
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Die
Wirkung auf das magnetische Vertikalablenkfeld durch diese Modifikation
ist in 5 dargestellt.
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In
dieser Figur sind die 3., 5., 7. und 9. Harmonische des Vertikalablenkpotentials
des Ablenkfeldes der Spule gemäß dem Stand
der Technik mit 41, 51, 61 bzw. 71 bezeichnet,
und die 3., 5., 7. und 9. Harmonische der Vertikalablenkspule derselben
Ausführungsform
der Erfindung wie vorher mit 40, 50, 60 bzw. 70 bezeichnet.
Es ist ersichtlich, dass in dem vorderen Bereich des Hauptfensters
in der Nähe
zu dem Bereich 23 die Amplitude der 7. Harmonischen, anfänglich größer als
die 9. Harmonische, nennenswert verringert wurden, so dass sie eine
Größe mit derselben
Ordnung wird, oder sogar wesentlich kleiner als die 9. Harmonische,
und die 7. und 9. Harmonische mit entgegengesetzten Vorzeichen verbleiben.
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Die
Berücksichtigung
anderer Aufbauparameter fordert bestimmte Modifikationen auf dem
rückwärtigen Teil
des Hauptfensters 18 in der Nähe des Übergangsbereichs zwischen den
Teilen 24 und 25 der Spule. Wenigstens für große Röhren zeigen
Versuche, dass die radiale Öffnung
des Fensters 18 in dem rückwärtigen Teil im Wesentlichen
größer bleibt
als und wenigstens gleich zu ihrer radialen Öffnung in ihrem vorderen Teil, um
so keinen Kompromiss zu der auf die "vertical blue wave" gebildeten Wirkung.
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Somit
werden in der Ausführungsform
für die
Röhre mit
einer Diagonalen von 97 cm die besten Ergebnisse erzielt mit einer
radialen Öffnung
des Fensters 18, so dass die seitlichen Leiterbündel zum
rückwärtigen Ende
der Spule, in der Nähe
des Ausgangsbereichs 23 innerhalb einer winkelförmigen Öffnung von
65° angeordnet
sind.
