KR100228325B1 - 한쌍의 4극자 장치를 구비한 편향 시스템 - Google Patents

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제프리 폴 존슨
마이클 텐톤 그로테
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어얼벡 데니스 에이치
알씨에이 라이센싱 코포레이션
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Abstract

편향 장치는 디스플레이 스크린(22")으로부터 떨어진 거리에서 전자 빔의 빔 경로내에 한쌍의 4극자 필드를 발생시키는 한쌍의 4극자 장치 (324, 424)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 제1 및 제2의 4극자 장치와 주 편향 필드 발생 장치(55")는 3개의 전자 빔 R, G 및 B를 수렴시키도록 서로 연동한다.

Description

한쌍의 4극자 장치를 구비한 편향 시스템
몇몇 종래 기술의 장치는 CRT의 전자빔 경로에 4극자 자계를 발생시킨다. 예를 들면, 이러한 4극자 자계는 CRT의 디스플레이 스크린상에 도달한 전자빔에 의해 형성되는 빔 스폿(beam spot)의 모양이나 크기를 제어하여 빔 스폿의 확대 및 왜곡을 감소시키는데 사용되어 왔다.
빔 스폿이 확대나 왜곡되는 원인은, 예컨대 스크린이 경사져 있다는 것과 공간 전하 척력(space-charge repulsion)에 기인한다. 수평 편향 권선 및/또는 수직 편향 권선의 권선-전류 곱 분포(winding-current product distribution)의 기본적인 퓨리에(Fourier) 성분의 대응 변화에 따라 빔 도달 위치가 변하게 되어 빔 스폿이 확대된다. 예를 들어, 주 편향 영역에서 균일한 편향 자계만을 이용하는 종래 기술의 편향 시스템에서, 예컨대 3시 방향에서 생성되는 빔 스폿의 장축의 길이는 제1도에 도시한 바와 같이, 스크린의 중심에서의 빔 스폿에 비해 약 1.5배 수평 방향으로 신장하게 된다.
본 발명은 음극선관(CRT)용 편향 시스템에 관한 것이다.
제1도는 균일한 주 편향 자계를 이용하는 종래 기술의 편향 장치로부터 얻어진 대응 빔 도달 위치에서의 빔 스폿의 모양을 예시한 도면이다.
제2도는 4극자 코일 장치를 포함하는 본 발명의 특징을 구체화한 편향 장치의 블록도를 예시한 도면이다.
제3도는 제2도의 장치에서 발생되는 4극자 자계와 전자빔 단면의 결과를 나타낸 도면이다.
제4도는 제2도의 4극자 코일의 하나의 사분면에서의 권선-전류 곱 분포를 나타낸 도면이다.
제5도의 (a)-제5도의 (d)는 제2도의 장치의 동작을 설명하는데 유용한 파형을 나타낸 도면이다.
제6(a)도 및 제6(b)도는 제2도의 장치에 포함된 8개의 자극을 갖는 이중 4극자 장치를 나타낸 도면이다.
제7도의 (a)-제7도의 (e)는 제2도의 장치의 동작을 설명하는데 유용한 파형을 예시한 것이다.
제8도는 주 편향 자계가 제2도의 장치에서 생성된 형태일 때 대응하는 빔 도달 위치에서 빔 스폿의 형상을 나타낸 도면이다.
제9도는 본 발명의 다른 특징을 구체화한 편향 시스템의 블록도를 나타낸 도면이다.
제10도는 제9도 장치의 이중 4극자 장치 각각의 동작을 설명하는데 유용한 도표를 나타낸 도면이다.
제11도는 제9도 장치의 한쌍의 이중 4극자에 의해 형성된 4극자 쌍의 동작을 설명하는 S도면이다.
제12도는 종래 기술의 정적 자기 수렴 편향 요크에서 생선된 것과 유사한 주 편향 자계의 대응하는 빔 도달 위치에서 빔 스폿의 형상을 나타낸 도면이다.
본 발명의 특징에 의하면, 한쌍의 4극자 장치가 CRT의 네크 부분 둘레에 배치되어, 디스플레이 스크린으로부터 각각 상이한 거리에 있는 전자빔 경로에서의 한쌍의 4극자 자계를 형성할 수 있다. 본 발명의 한쌍의 4극자 장치는 몇몇 종래 기술의 장치와 같이 단지 하나의 4극자 장치가 이용되는 경우에 이용할 수 없었던 장점을 제공할 수 있다. 예를 들면, 이러한 본 발명의 한쌍의 4극자 장치는 3개의 빔에 대한 수렴을 향상시키고, 또한 CRT의 디스플레이 스크린상의 스폿 크기를 제어하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 내부가 빈 유리 엔벌로프를 갖는 음극선관을 포함하는 편향 장치가 제공된다. 이 엔벌로프의 일단부에 디스플레이 스크린이 배치된다. 엔벌로프의 타단부에는 전자총 어셈블리가 배치된다. 이 전자총 어셈블리는 스크린상의 전자빔 도달 위치에 빔 스폿을 형성하는 전자빔을 발생시킨다. 복수개의 편향 권선은 빔 도달 위치로 전자빔을 편향시키는 편향 요크의 주 편향 영역에 주 편향 자계를 발생시킨다. 제1의 4극자 장치는 전자빔의 제1빔 경로 영역에서, 빔 도달 위치에 따라 변화하는 제1의 4극자 자계를 발생시킨다. 제2의 4극자 장치는 전자빔의 제2빔 경로 영역에서, 빔 도달 위치에 따라 변화하는 제2의 4극자 자계를 발생시킨다. 따라서 제1 및 제2 빔 경로 영역은 디스플레이 스크린으로부터 상이한 위치에 있게 된다.
제2도는 본 발명의 특징을 구현하는 편향 시스템(100)을 도시하고 있는데, 전자빔 렌즈(lensing) 작용에 의해 요크(55)의 주 편향 영역에서 편향 방향으로 빔 스폿이 수렴된다. 제2도의 편향 시스템(100)은, 예를 들면 텔레비젼 수신기에 사용될 수 있다. 편향 시스템(100)은, 예를 들면 최대 편향각이 100인 23V110형 CRT(110)를 포함한다. CRT(110)는 디스플레이 스크린(22)에 수직인 길이 방향 축 Z를 갖는다. 디스플레이 스크린(22)은, 예를 들어 4:3 종횡비를 갖는 25인치 뷰잉 스크린 형이다.
CRT(110)의 네크 단부(33)는 3개의 전자빔을 생성하는 전자총(44)을 포함한다. 전자총(44)에 의해 생성된 전자빔은 비디오 신호 R, B, G 각각에 따라 변조되어 디스플레이 스크린(22)상에 영상을 생성하게 된다. 이들 빔 중 하나가 스캔될 때 대응하는 칼라로 디스플레이 스크린(22)상에 래스터를 형성하는 빔 스폿(999)을 생성한다.
본 발명의 특징으로 구체화한 편향 요크(55)는, 예를 들면 새들-새들-새들 형(saddle-saddle-saddle type)이고 CRT(110)상에 장착된다. 부분 단면도로 도시한 편향 요크(55)는 CRT(110)의 네크(33)의 일부 및 원뿔꼴 또는 플레어 부분의 일부를 둘러싸는 한쌍의 새들형 수평 편향 코일(10)에 의해 형성된 라인, 즉 수평의 편향 요크 어셈블리(77)를 포함한다. 또 편향 요크(55)는 새들형 수평 편향 코일(10)을 둘러싸는 한쌍의 새들형 4극자 코일(99)에 의해 형성되는 수직, 즉 자계 편향 코일 어셈블리(88)를 포함한다. 또 편향 요크(55)는 새들형 4극자 코일(99)을 둘러싸는 한쌍의 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 형성되는 4극자 코일 어셈블리(28)를 포함한다. 또 편향 요크(55)는 강자성체 자기 물질로 제조되고 새들형 수직 편향 코일(11)을 둘러싸는 원뿔형인 코어(66)를 포함한다. 요크(55)의 주편향 영역은 코어의 빔 입구 단부와 빔 출구 단부 사이에 형성된다. 스크린(22)의 수평축 X 및 수직축 Y에 대해, 코일(99)이 여자되지 않은 경우의 빔 스폿은 축 X를 따라 위치하고, 코일(10)이 여자되지 않은 경우의 빔 스폿은 축 Y을 따라 위치하게 된다.
종래 기술인 수직 편향 회로(177)는 자계 편향 코일 어셈블리(88)에 연결된 수직 톱니 전류 Iv를 생성하고, 또한 수직 레이트 파라볼릭 신호 Vpv를 생성한다. 전류 iv및 신호 Vpv는 수직 동기화 신호 VH에 동기화되어 공지된 방법으로 생성된다. 종래 기술인 수평 편향 회로(178)는 라인 편향 코일 어셈블리(77)에 연결된 수평 톱니 전류 iy를 생성하고 또한 수평 레이트 파라볼릭 신호 Vph를 생성한다. 전류 iy및 신호 Vph는 수평 동기화 신호 FH에 동기화 되어 공지된 방법으로 생성된다.
본 발명의 특징에 의하면, 요크(55)는 전자빔 렌즈 또는 빔 편향기로서 동작 한다. 요크(55)의 전자빔 렌즈 기능은 3개의 전자빔 각각의 기능과 유사하고 여기에서는 전자빔 중 하나에 대해서만 설명된다. 전자빔 렌즈 기능에 의해 빔 스폿의 신장이 감소된다. 전자빔 렌즈 기능은 자계 불균일성을 갖는 편향 자계를 발생시킴으로써 얻어진다. 편향 자계의 불균일성에 의해, 편향 요크(55)내의 전자빔 경로에 대한 소정의 단면적이나 윤곽에서 전자빔의 상이한 부분들은, 빔 스폿의 신장을 감소시켜 렌즈 기능을 제공하도록 하는 방식으로 미세하게 편향된다. 편향 자계의 불균일성에 의해 빔 스폿의 타원율이 감소되는 방법에 대한 더욱 상세한 설명은 나중에 제공된다.
다음에 더욱 상세히 기술되는 스티그메이터(stigmator:24)는 요크(55)의 후방에 있는 네크(33)를 에워싸도록 위치한다. 스티그메이터(24)는 전자총(44)과 요크(55) 사이에 위치한다. 스티그메이터(24)는 요크(55) 외부에 네크(33)에 자계 불균일성을 갖는 자계를 발생하고, 빔 스폿(999)의 비점수차를 보정하도록 요크(55)의 렌즈 기능에 의해 발생되는 비점수차를 제거한다. 빔 스폿(999)은 전자빔 스폿의 전 영역이 CRT(110)의 집속 전극(333)에 인가된 단일 레벨의 집속 전압 F로 집속될 수 있다면 비점수차를 보정한 것으로 간주된다.
전류 iq에 의해 구동되는 코일(11)은 빔 스폿(999)이, 예를 들면 후술되는 바와 같이 2시 지점과 실질적으로 디스플레이 스크린(22)의 대각선 상의 어느 지점의 코너에 위치할 때 무시할 수 있을 정도의 자계를 발생한다. 그러므로, 요크(55)의 전자빔 렌즈 기능은 빔 스폿(999)이 디스플레이 스크린(22)의 코너에 있을 때는 4극자 코일 어셈블리(28)에 의해 거의 영향을 받지 않는다.
좌표 Z=Z1을 갖는 축 Z에 수직인 주어진 평면에서 새들형 수평 편향 코일(10)의 권선 분포는 요크(55)의 주 편향 영역의 권선 분포를 나타낸다. 예를 들면, 디스플레이(22)의 코너에서 원형 스폿을 발생하는 편향 자계 불균일성을 얻기 위하여, 새들형 수평 편향 코일(10) 및 새들형 4극자 코일(99) 각각의 소정의 권선 분포가 설정된다.
퓨리에 급수 전개에서, n 번째 조파(harmonic)는 권선 분포 또는 권선 전류 곱 분포의 n 번째 차수의 퓨리에 성분을 나타낼 수 있다. 이러한 권선 분포 또는 권선 전류 곱 분포는, 예를 들면 요크의 수평축으로부터 측정된 각도의 함수로서 주기적이다. 권선 전류 곱은, 일반적으로 기호 N·I 로 표시되는데, 이것은 권선 수를 주어진 권선 전류에 곱할 때 얻어지는 값을 나타낸다. 이 권선 전류 곱은 단위 암페어 회전수로 측정된다. 권선 전류 곱 또는 권선 전류 적 분포는, 예를 들면 수평율 또는 수직율로, 그리고 상기 권선 회전수로 전류 성분이 흐르는 것과 관련될 것이다.
권선 분포 파라미터는, 예를 들면 2시 지점에서와 같은 디스플레이 스크린(22)의 코너 각각에서 원형 스폿을 얻기 위하여 경험적으로 설정될 수 있다. 이러한 평면에서 새들형 수평 편향 코일(10)의 권선 분포는 양의 제3조파 성분과 기본 조파 성분간에 약 +10의 양의 제1비율을 얻기 위해 선택된다. 이러한 양의 제1비율은 핀쿠션 모양의 수평 편향 자계를 나탄낸다. 종래 기술에서 수평 코일에 대하여, 제3조파의 양의 부호는 핀쿠션 자계를 나타내고 음의 부호는 배럴(barrel)자계를 나타낸다.
이와 유사하게, 평면 Z=Z1에서 수직 편향 코일(99)의 권선 분포는 음의 제3 조파 성분의 크기와 기본적인 조파 성분의 크기간에 약 -60의 음의 제2 비율을 얻기 위해 선택되고, 또한 핀쿠션 모양의 자계를 나타낸다. 종래 기술에서 수직 편향 코일에 대하여, 음의 부호는 핀쿠션 자계를 나타내고 양의 부호는 배럴 자계를 나타낸다.
제1 및 제2 비율의 값들은, 예를 들면 원형인 빔 스폿(999)을 얻기 위해 선택되는 것이 일반적이다. 수렴 및 기하학적 오류들은 후술되는 바와같이 요크(55)에서가 아닌 다른 장치에 의해 보정될 수 있다. 각 비율의 부호는 원하는 형태의 자계 불균일성, 즉 코너에서 핀규션 모양의 수평 편향 자계와 핀쿠션 모양의 수직 편향 자계를 얻기 위해 선택된다. CRT(110)의 집속 전극 전압 F의 동작에 의해 집속되고, 스티그메이터(24)의 동작에 의해 비점수차를 보정할 때, 스크린(22)의 소정 코너에서의 빔 스폿(999)은 최적의 타원율을 갖는 형상을 얻을 것이다. 전형적인 CRT에 대하여 최적 타원율은 스폿(999)이, 예를 들어 원형 형상을 가질 때 얻어진다. 그러므로, 제1 및 제2 비율은 예를 들면 디스플레이 스크린(22)의 코너에서 원형 스폿을 얻기 위해 요크(55)의 바람직한 제1전자빔 렌즈 기능을 설정한다. 요크(55)는 디스플레이 스크린(22)의 코너에서 빔 스폿(999)의 장축의 길이와 제1도의 비율에 관련된 디스플레이 스크린(999)의 중심에서 스폿(999)의 장축의 길이간의 비율을 크게 감소시키는 이점을 갖는다. 전자총(44)과 스티그메이터(24)는 빔 스폿(999)의 비점수차를 보정하는 부가적인 전자빔 렌즈 기능을 구성한다.
빔 스폿이 스크린이 수평축 X 상에 있을 경우, 배럴 모양의 수평 편향 자계는 단독으로 빔 스폿이 신장되는 것을 감소시키기 위해, 예를 들면 제1 전자빔 렌즈 기능을 설정하기 위해 빔 경로의 요구된 자계 경도(field gradient)를 발생시킬 수 있다. 이와 유사하게, 빔 스폿이 수직축 Y를 따라 있을 경우, 배럴 모양의 수직 편향 자계는 단독으로 빔 스폿이 신장되는 것을 감소하기 위해 빔 경로의 요구된 자계 경도를 발생시킬 수 있다.
배럴 모양의 수직 편향 자계에서, 축 Y 상에 있는 자속 밀도는 일반적으로 빔 스폿이 축 Y 상에 위치할 때 스크린 중심으로부터 거리가 증가함에 따라 감소하고, 핀쿠션 형상 수직 편향 자계에서의 자계 경도는 정반대인 것이 일반적이다.
축 X 및 Y 상의 빔 스폿이 신장되는 것을 감소시키기 위해 요구되는 요크(55)의 자계 또는 자속 밀도 경도(flux density gradient)는 4극자 대칭성을 갖는 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 형성된 4극자 코일 어셈블리(28)에 의해 설정되는 것이 일반적이다. 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생된 4극자 편향 자계 성분은 빔 스폿이 디스플레이 스크린(22)의 각각의 축 X 또는 Y 상에 놓여질 때 빔 스폿의 타원의 일그러짐을 보정하고 스크린(22)의 중심에서의 길이에 관련된 빔 스폿(999)의 장축이 신장되는 것을 감소시킨다. 새들형 수직 편향 코일(11)은 빔 스폿(999)이 후술되는 바와 같이 코너 각각에 있을 때는 자계의 불균일성에 영향을 미치지 않는다.
제3도는 주로 제2 조파 성분을 포함하는 권선 전류 곱 분포를 갖는 4극자 코일 어셈블리(28)의 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생된 자속 또는 자계를 개략적으로 예시한 것이다. 도시된 자속은 직사각형(112)에 의해 표시된 좌표 Z=Z1을 갖는 평면 또는 빔 경로 영역에서 자속을 나타낸다. 제1도, 제2도 및 제3도에 사용된 동일한 기호와 숫자는 동일한 항목 또는 기능을 나타낸다. 제3도의 화살표 Hq는 빔 스폿(999)이 축의 단부에서 3시 지점에 있을 때 요크(55)의 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해서만 발생된 자계 또는 자속 성분의 자속 밀도의 방향을 나타낸다.
제2도의 빔 스폿(999)이 제2도의 스크린(22)의 3시 지점에 있을 때, 제2도의 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생된 제3도의 화살표 Hq에 의해 표시된 자계는 새들형 수평 편향 코일(10)에 의해 발생된 도시되지 않은 핀쿠션 모양의 수평 편향 자계 성분의 방향에 정반대인 방향을 갖는 것이 일반적이다. 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생된 자계의 세기는 편향의 방향으로 증가한다. 두 자계의 결합 효과는 자계 성분의 벡터 합에 의해 얻어지는 순, 즉 총 편향 자계를 발생시키는 것이다.
새들형 수직 편향 코일(11)을 여자시키는 제2도의 전류 iq의 크기는 빔 스폿(999)이 대응하는 3시 및 9시 지점에 있을 때 제3도의 직사각형의 수평축 X의 각 단부에서 빔 경로의 편향 자계 불균일성을 변화시키도록 충분히 크게 되어 있다. 편향 자계 불균일성은 배럴 모양의 수평 편향 자계에 의해 빔 경로에 발생될 수 있는 편향 자계에 대한 핀쿠션 모양으로부터 전류 iq에 의해 변화된다. 따라서, 순 편향 자계 HΦ(1)는 직사각형(112)의 중심 지점 C에 근접할수록 중심 C로부터 더 멀리 떨어진 순 편향 자계 HΦ(2)보다 더 강해진다. 이와 마찬가지로, 제2도의 새들형 수직 편향 코일(11)은 빔 스폿(999)이 배럴 모양의 수직 편향 자계에 의해 빔 경로에 발생될 수 있는 편향 자계 불균일성을 갖는 제3도의 6시 및 12시 지점 각각에 있을 때 직사각형(112)의 수직축 Y의 각 단부에서 빔 경로에 순 자계를 발생한다.
설명을 용이하게 하도록 하기 위해, 제3도의 타원 빔 윤곽, 즉 단면적(999a)은 제2도의 빔 스폿(999)이 완전하게 균일한 자계인 수평 편향 자계를 갖는 제2도의 스크린(22)의 3시 지점에 있을 때 제3도의 요크(55)의 직사각형(112)에서 빔의 단면적이 어떻게 보일 것인지를 나타낸다. 단면적(999a)의 특정 타원율은 단지 설명하기 위해 선택되어졌다. 또한 설명을 위해, 새들형 수평 편향 코일(10)과 새들형 4극자 코일(99)에 의해 발생된 자계 불균일성을 무시하는 이유는, 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생된 자계 불균일성이 크게 작용하기 때문이다.
스티그메이터(24)에 의해 발생된 자계 불균일성과 함게 새들형 수직 편향코일(11)에 의해 발생된 자계 불균일성 또는 자속 밀도 경도는 제2도의 빔 스폿(999)을 비점수차 보정하기 쉽고 수평축의 단부에서 빔 스폿(999)의 장축과 스크린(22)의 중심에서 빔 스폿의 장축간의 비율이, 전자빔이 균일한 수평 편향 자계에서 완전히 이동할 경우 보다 더 작기 때문에 원형에 가깝게 되는 경향이 있다. 따라서, 일그러지는 빔 스폿 모양의 전술한 경향, 즉 스크린의 중심에서 원형 형상에 관련된 타원은 감소된다. 자속 밀도의 불균일성, 즉 예를 들면 배럴 모양의 수평 편향 자계에 의해 발생된 자속 밀도 경도는, 예컨대 직사각형(112)의 중심 지점 C에 더 가까운 제3도의 전자빔의 단면적(999a)의 단부 부분(108)으로 하여그 편향 방향 X에서 더 먼 거리로 중심 지점 C로부터 벗어나 편향되게 한다. 즉, 중심 지점 C로부터 더 멀리 떨어진 제2 단부 부분(109)보다 더 강하게 된다. 직선 화살표(108a, 109a)에 의해 개략적으로 나타낸 상태는 자계 불균일성, 즉 자속 밀도 경도의 결과로써 단부 부분(108,109) 각각에 대해 반대 방향으로 인가된 자기력을 갖는 것과 같은 상태이다. 그 결과로서 스캐닝 또는 편향 기능을 수행하는 것외에 제2도의 요크(55)는 자신의 신장 방향으로 빔 스폿(999)을 수렴하는 전자빔 렌즈로서 동작한다. 제3도의 경우에, 신장하는 방향으로 또한 편향 방향 X 이다.
빔 스폿(999)은 화살표(108a,109a)에 의해 표시된 자기력 없이 이미 집속된 것으로 가정한다. 빔을 수렴하게 되면, 화살표(108a,109a)에 의해 표시된 자기력이 수평축 X의 방향에서 자신의 장축을 따라 빔 스폿(999)의 좌우측 끝단부가 과도 수렴된다. 따라서, 좌측 및 우측 단부 부분은 제2도의 디스플레이 스크린(22) 대신에, 제2도의 디스플레이 스크린(22)과 요크(55) 사이에 취치한 평면에 수렴된다. 그 결과로써 도시되지 않는 플레어 부분은 제2도의 빔 스폿(999)의 좌측 단부 부분 부근에 발생되고 도시되지 않은 플레어 부분은 축 X를 따라 빔 스폿(999)의 우측 단부 부분 부근에서 발생된다. 요크(55)의 편향 자계에 의해 발생된 스폿(999)의 플레어는 스폿(999)이 제2도의 스티그메이터(24) 및/또는 전자총(44)을 사용함으로써 다시 비점수차 보정되기 때문에 제거될 수 있다.
요크(55)보다 스크린(22)으로부터 더 멀리 떨어져 위치한 스티그메이터(24)는 축 X의 방향으로 제3도의 단면적(999a)을 발산(diverge)하게 하는 자계 불균일성을 발생시킨다. 이것은 축 X의 방향에서의 요크(55)의 빔 수렴 동작과 반대이다. 그 결과로써 스폿(999)은 비점수차 보정 상태를 유지하게 된다. 스크린(22)에 더 가깝게 되는 빔 수렴 동작과 스크린으로부터 멀리 떨어지는 빔 발산 동작을 실햄함에 의해, 스폿(999)의 장축의 길이는 제3도의 점선에 의해 원으로 도시된 바와 같이 감소된다. 편향 또는 신장하는 방향을 빔 스폿(999)을 수렴하는 유사한 전자빔 렌즈 기능은 빔 스폿(999)이 12, 9 및 6시 지점 각각에 있을 때 새들형 수직 편향 코일(11)의 동작에 의해 생긴다.
주어진 편향 방향 Φ에 있어서, 전자빔 경로의 순 편향 자계는 일반적으로 편향의 방향에 수직인 방향에서 제3도에 도시된 바와 같이 방위각 자계 성분 HΦ을 갖는다. 빔 스폿(999)이 장축으로 신장되는 것을 감소시키기 위해, 요크(55)의 성분 HΦ는 전자빔의 부근에서 편향의 방향에 있는 중심 지점 C로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 빔 스폿(999)이 스크린(22)의 임의의 축 X 및 Y에 위치할 때 자계 성분 HΦ의 그러한 자게 경도를 얻기 위하여, 이러한 자계 경도는 양의 등방성 비점수차를 발생하는 수평 또는 수직 모양의 편향 자계 각각에 의해 형성될 수 있는 자계 불균일성을 필요로 한다. 예를 들면, 제3도의 자계 성분 HΦ은 중심 지점 C로부터의 거리가 축 X를 따라 편향 방향으로 증가함에 따라 감소한다. 한편, 빔 스폿(999)이 4:3의 종횡비를 갖는 디스플레이 스크린의 코너에 위치하는 경우에 이러한 자계 경도를 얻기 위하여, 그러한 자계 불균일성은 핀쿠션 모양의 수평 편향 자계 및 핀쿠션 모양의 수직 편향 자계의 결합에 의해 형성된다. 4:3이 아닌 다른 종횡비는 코너에서 상기 자계 불균일성을 얻기 위해 다른 형태의 자계 모양을 요구할 수도 있다.
제2도에 도시된 새들형 수직 편향 코일(11)의 제1사분면에서 요구된 권선 전류 곱 분포는 각 α의 함수로서 제4도에 도시되어 있다. 각 α는 축 X로부터 측정된다. 제1도, 제2도, 제3도 및 제4도에 사용된 동일한 기호 및 숫자는 동일한 항목 또는 기능을 나타낸다. 제4도의 각각의 수직 막대는 총 6의 폭을 갖는 새들형 수직 편향 코일(11)의 제1 사분면의 권선 슬롯을 나타낸다. 각 슬롯에는 각각의 코일 부분의 일단의 도체 권선이 위치하고 있다. 그러므로, 15개의 슬롯이 제1 사분면의 총 90에 걸친다. 축과 관련된 막대 높이 및 위치는 슬롯의 각 일단에 의해 발생되는 권선 전류 곱 N·I의 크기 및 부호를 나타낸다. 제2도의 새들형 수직 편향 코일(11)의 권선 전류 곱 분포는 퓨리에 급수 전개에 의해 정의되는 실질적인 제2조파 성분만을 포함한다.
권선 전류 곱의 제2조파에서 조파 성분의 극성 중 하나를 얻기 위하여, 제2도의 전류 iq는 요크 입구 영역과 출구 영역간의 새들형 수직 편향 코일(11)의 대응하는 도체 권선군(bundle)에서 소정 방향으로 흐르도록 구성된 새들형 수직편향 코일(11)을 여자시킨다. 한편, 동시에 그러한 조파성분의 극성 중 다른 하나를 얻기 위하여, 전류 iq는 새들형 수직 편향 코일(11)의 제2 도체 권선군에서 반대 방향으로 동시에 흐르도록 구성된다.
디스플레이(22)의 코너에서 요크(55)의 자계가 4극자 코일 어셈블리(28)에 의해 실질적으로 영향을 받지 않도록 하기 위해, 스크린(22)상의 빔 스폿(999) 위치의 함수로서 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생되는 4극자 자계의 적절한 자속 방향을 제공하고 세기를 변화시키는 것이 바람직 할 것이다. 이러한 방법으로, 코너에서 빔 스폿의 크기를 제어하는 것은 새들형 수평 편향 코일(10)과 새들형 4극자 코일(99)에 대해 선택된 권선 분포에 의해 얻어지고, 새들형 수직 편향 코일(11)에 대해 선택된 권선 분포에 의해서는 얻지 못한다. 반면에, 빔 스폿의 크기는 이 빔 스폿이 새들형 수직 편향 코일(11)의 선택된 권선 분포에 의해 축 X 또는 Y에 있을 경우와, 새들형 수평 편향 코일(10)과 새들형 4극자 코일(99)의 선택된 권선 분포에 의해 축 X 또는 Y에 있지 않을 경우에 제어된다. 동적 변화는 스크린(22)상의 빔 스폿(999)의 위치에 도달하는 빔의 한가지 기능으로서 필요한 자계 불균일성을 얻는데 사용된다.
새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생된 4극자 자계를 동적으로 변화시키는 전류 iq를 발생시키기 위하여, 파형 발생기(101)는 신호 v101을 발생시킨다. 신호 v101은 선형적으로 비례하는 전류 iq를 발생시키기 위해 선형 증폭기로서 동작할 수 있는 전류 드라이버(104)에 결합된다. 신호 v101은 식 (K1·vpv) + (K2· vph)으로 나타내는 바와 같이 곱 항들의 합으로 표현된다. 항 vpv 및 vph는 신호 Vpv 및 Vph 각각의 순간 값을 나타내고, K1 및 K2는 후술되는 바와 같이 원하는 파형을 얻기 위해 선택되는 소정의 상수이다.
편향 회로(177)에서 발생된 신호 Vpv는 빔 스폿(999)이 수직 트레이스(trace)의 중심에 위치할 때 0 이고, 빔 스폿(999)이 상부 또는 하부에 위치할 때 양의 피크 값을 갖는다. 편향 회로(178)에서 발생된 신호 Vph는 스폿(999)이 수평 트레이스의 중심에 위치할 때 0 이고, 빔 스폿(999)이 제2도의 파형에 의해 도시되는 바와 같이 스크린(220의 좌측 또는 우측에 위치할 때 음의 피크값을 갖는다. 그러므로, 전류 iq는 신호 Vph에 따르는 포물선 모양의 전류 성분과 신호 Vpv에 따르는 포물선 모양의 전류 성분의 합을 포함한다. 이러한 파형을 발생시킬 수 있는 파형 발생기는 여기에 인용되는 트러스칼로(Truskalo) 등의 "PARABOLIC VOLTAGE GENERATING APPARATUS FOR TELEVISION"(텔레비젼용 포물선 전압 발생 장치)란 명칭의 미합중국 특허4,683,405호에 상세히 기술되어 있다.
제5도(a)-제5도(d)는 제2도의 장치의 동작을 설명하는데 유용한 파형을 예시하고 있다. 제1도, 제2도, 제3도, 제4도 및 제5도(a)-제5도(d)도에 사용된 동일한 기호와 숫자는 동일한 항목 또는 기능을 나타낸다.
제2도의 파형 발생기(101)의 상수 K1 및 K2는, 예를 들면 실질적으로 동일한 값으로 선택되고, 따라서 포물선 모양의 전류 성분의 합은 빔 스폿(999)이 제2도의 스크린(22)의 코너 부근에 위치할 때 제5도의 (c)에 도시된 바와 같이 작거나 또는 실질적으로 0인 크기의 전류 iq를 발생시킨다. 그러므로, 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생된 4극자 자계는 빔 스폿(999)이 전술한 바와 같이 스크린(22)의 코너 또는 대각선의 부근에 있을 때 빔 스폿(999)의 형상에 영향을 미치지 않도록 무시될 것이다. 따라서, 스크린(22)의 코너에서 빔 스폿(999)의 모양은 주로 수직편향 코일에 의해 발생되는 음의 제3조파에서의 조파 성분에 의해 그리고 수평 편향 코일에 의해 발생되는 양의 제3조파에 의해 결정된다. 제5도의 (c)의 전류 iq의 피크 크기를 결정하는 파형 발생기(101)의 상수 K1 및 K2의 값은 빔 스폿(999)이 3시 및 9시 지점에 위치할 때 새들형 수직 편향 코일(11)의 4극자 자계의 요구되는 크기 및 극성을 발생하도록 선택된다.
제2도의 장치에 있어서, 주어진 상수 K1 및 K2의 값에 대하여, 4극자 자계의 크기는 빔 스폿(999)이 6시 또는 12시 지점에 있을 때도 고정된 값을 갖는다. 원한다면, 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생되는 자계의 불균일성을 변화시키기 위해, 예를 들면 12시 지점에서 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 발생되는 자계의 세기가 3시 지점에서 자계의 세기와 무관하게 설정될 수 있도록 도면에 도시되지 않은 방법으로 파형 발생기(101) 대신에 다른 파형 발생기가 사용될 수 있다.
자기 수렴 요크(self-converged yoke)에서, 스크린 중심으로부터 소정 거리까지에서의 축 Y상의 빔 스폿은 축 X상의 동일 거리에서 발생되는 빔 스폿보다 덜 타원형이거나 또는 원형에 더 가깝다. 이것은 자기 수렴 요크에서 수직 편향 자계의 자계 불균일성이 수렴을 얻기 위해 이미 배럴 모양이 되기 때문이다. 그러나, 자기 수렴 요크에서, 제2도의 장치에서와 다른 자계 불균일성의 정도는 원형 빔 스폿을 얻기 위해 최적화되지 않는 단점을 갖는다.
제2도의 장치에서, 주어진 빔 도달 위치에서 대응하는 권선 전류 곱 분포는 3개 코일(10, 99, 11)의 각각에 대하여 선택될 수 있다. 3개의 편향 코일의 각각에 대하여 그것을 선택하는 능력은 요구되는 자계 불균일성을 설정하기 위해 높은 자유도를 제공한다. 높은 자유도는, 예를 들면 권선 전류 곱 분포가 코일 중 단지 하나에 대하여 선택될 수 있는 경우 보다 빔 스폿이 신장되는 것을 감소시키는데 더 효과적이다.
예를 들면, 빔 스폿(999)이 축 X 상에 있을 때, 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 주로 결정되는 요크(55)의 빔 경로에서 자계의 순 효과는 배럴 모양의 수평 편향 자계에 의해 발생되는 순 효과와 유사하다. 이와는 대조적으로, 자기 수렴 요크의 수평 편향 코일은 바람직하지 않은 전자빔 렌즈 기능을 일으키는 자계 불균일성을 발생시킨다. 이것은 자기 수렴 요크에서 제2도의 장치의 것과 다른 그러한 자계 불균일성이 핀쿠션 모양이 되기 때문이다. 핀쿠션 모양의 수직 편향 자계는 후술되는 바와 같이 다른 장치에 의해 보정될 수 있고 요크(55)에서 보정될 수 없는 상당한 양의 트랩 수렴 및 양의 이방성 비점수차 에러를 발생시키는 경향이 있다. 수직 편향 자계가 수렴 목적을 위해 요구하는 자기 수렴 요크에서, 트랩 에러(trap error)는 요크에서 최소화된다. 빔 스폿(999)이 축 Y 상에 있을 때, 주로 새들형 수직 편향 코일(11)에 의해 결정되는 빔 경로에서 자계의 순 효과는 배럴 모양의 수직 편향 자계에 의해 발생되는 것과 유사하다.
요크(55)의 전자빔 입구 영역에서 새들형 수평 편향 코일(10)과 새들형 4극자 코일(99) 각각의 권선 분포는 "스폿 코마(spot coma)"로서 명명될 수 있는 빔 스폿의 왜곡을 제거하기 위해 선택된다. 스폿 코마는 빔이 편향되는 것과 같이 빔의 두 말단의 단부간의 대략 중간쯤의 지점에 위치하는 지점과 중심 부분간의 거리의 차이다. 스폿 코마는 3개 빔의 수렴 코마를 초래하는 것과 유사한 요인으로 인해 발생한다. 예를 들면, 스폿 코마는, 중간 영역에서 자계의 불균일성 때문에 발생할 수 있다. 입구 영역은 스폿 코마에 대하여 최대 효과를 갖는다. 스폿 코마를 제거하기 위해, 권선 분포는 요크(55)의 새들형 수평 편향 코일(10)과 새들형 4극자 코일(99) 각각의 입구 영역에서 권선 분포의 제3 조파 성분의 합성 부호가 요크(55)의 중간 편향 영역과 관련된 권선 분포의 제3조파 성분의 부호에 대해 반대인 방법으로 되어 있다.
전술한 바와 같이, 요크(55)의 중간 또는 주 편향 영역에서, 새들형 수평 편향 코일(10)과 새들형 4극자 코일(99)에 의해 발생된 자계는 각각 일반적으로 원형 코너 빔 스폿을 발생하기 위해 핀쿠션 모양을 갖는다. 한편, 빔 스폿이 수평 또는 수직 스크린 축 X 또는 Y 상에 있을 때, 핀쿠션 모양의 편향 자계는 그것이 빔 스폿으로 하여금 용인할 수 없는 정도로 편향의 방향에서 신장되도록 하기 때문에 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 제2도의 스티그메이터(24)는 요크(55)와 협동하여 비점수차를 보정한 빔 스폿을 발생시킨다. 스티그메이터(24)는 8개의 자극을 갖는 전자석을 형성하는 이중 4극자 코일 장치를 포함한다. 제2도의 스티그메이터(24)의 이중 4극자 코일 장치는 제6(a)도 및 제6(b)도 각각에 개략적으로 도시되어 있다. 제1도, 제2도, 제3도, 제4도, 제5도(a)-제5도(d) 및 제6(a)도-제6(b)도에 사용된 동일한 기호 및 숫자는 동일한 항목 또는 기능을 나타낸다. 4개의 자극(224)을 형성하는 제6(b)도의 4극자 코일(24a)은 전류 ia에 의해 여자된다. 다른 자극(124)을 형성하는 제6(b)도의 4극자 코일(24b)은 전류 ib에 의해 여자된다.
제6(b)도의 4극자 코일(24a)은 일반적으로 축 X 및 Y의 방향으로 비점수차를 보정한다. 4극자 코일(24b)은 4극자 코일(24a)에 대해 45도 만큼 회전된다. 코일(24b)은, 예를 들면 축 X 또는 Y에 대하여 +45도의 각을 형성하는 방향으로 자기력을 인가함으로써 축 X에 대하여 +45도의 각을 형성하는 방향으로 비점수차를 보정하는 것이 일반적이다. 스티그메이터(24)의 전류 ia 및 ib의 크기 및 파형과 요크(55)의 새들형 수직 편향 코일(11)에서의 전류 iq의 크기 및 파형은 코너에 위치할 때 스크린(22)의 축을 따라 비점수차를 보정한 빔 스폿을 얻기 위해 선택된다. 스티그메이터(24)의 이중 4극자 코일 장치의 사용은 빔 스폿 도달 위치의 함수로서 동적 방법으로 축 X에 관련된 소정각 만큼 스티그메이터(24)에 의해 발생된 총 4극자 자계를 전기적으로 회전시키도록 하는 방법을 제공한다.
축 X 및 Y의 방향으로 빔 스폿(999)의 비점수차를 보정하기 위해 요구되는 전류 ia를 발생시키기 위해, 트러스칼로(Truskalo) 특허에 나타낸 것과 유사한 파형 발생기(102)는 전류 드라이버(105)에 결합된 신호 v102를 발생시킨다. 전류 드라이버(105)는 선형 증폭기로서 동작할 수 있다. 신호 v102는, 예컨대 다음 식에 의해 나타낼 수 있다.
(K3·vpv) + (K4·vph) + (K5·vpv·vph) + K6
항 K3, K4, K5 및 K6은 원하는 파형을 얻기 위해 선택된 소정의 상수이다. 상수 K3는 빔 스폿이 제2도의 디스플레이 스크린(22)의 12시 지점에 위치할 때 빔 스폿의 비점수차를 감소시키기 위해 제5도(d)에 나타낸 레벨로 전류 ia를 발생 시키기 위해 선택된다. 상수 K4는 3시 지점에서 빔 스폿의 비점수차를 감소시키는 레벨로 제5도(d)의 전류 ia를 발생시키기 위해 선택된다. 상수 K5는 2시지점에서 빔 스폿의 비점수차를 감소시키는 레벨로 전류 ia를 발생시키기 위해 선택된다. DC전류를 나타내는 상수 K6는 디스플레이 스크린(22)의 중심에서 빔 스폿의 비점수차를 감소시키는 레벨로 전류 ia를 발생시키기 위해 선택된다.
전류 ib는 축 X 또는 Y에 대하여 45도의 각을 형성하는 방향으로 빔 스폿(999)의 비점수차를 보정하기 위해 4극자(24b)에 인가된다. 전류 ib를 발생시키기 위해 파형 발생기(114)는 신호 v114를 발생시킨다. 신호 v114는 식 (K7·vpv·vph) +K8에 의해 나타낸다. 항 K7 및 K8은 디스플레이 스크린(22)의 코너에서 빔 스폿(999)의 비점수차를 보정하여 바람직한 파형을 얻기 위해 선택되는 소정의 상수이다. 파형 발생기(114)는 구레하(Kureha)의 "CONVERGENCE CIRCUIT INCLUDING A QUADRANT SEPARATOR"(상한 분할기를 구비한 수렴 회로)라는 명칭의 미합중국 특허 제4,318,032호에 기술된 것과 유사할 수 있다.
제7도의 (a)-제7도의 (e)는 제2도의 발생기(114)의 동작을 설명하는데 유용한 파형을 예시한 도면이다. 제1도, 제2도, 제3도, 제4도, 제5도(a)-제5도(d), 제6(a)도-제6(d)도 및 제7도(a)-제7도(e)에 사용된 동일한 기호와 숫자는 동일한 항목 또는 기능을 나타낸다. 제7도(a)의 전류 ib는 제2도의 빔 스폿(999)이 디스플레이 스크린(22)의 코너 부근에 있을 때마다 피크값을 갖는다. 제7도(a)의 전류 ib는 빔 스폿(999)이 제7도(a), 제7도(b)및 제7도(c)도에 도시한 바와 같이 디스플레이 스크린(220의 중심에 있을 때 0이고 또한 제7도(a)도에 도시한 바와 같이 디스플레이 스크린(22)의 축 X 및 Y의 부근에서는 0 이다. 전류 ib의 위상은 제2도의 빔 스폿(999)이 스크린(22)의 수직 중심에서 수평 축 X와 교차할 때마다 그경을 변화시킨다.
요크(55) 및 스티그메이터(24)에 의해 발생된 비점수차를 보정한 빔 스폿을 집속하기 위해, 동적 집속 전압 F는 CRT(110)의 집속 전극(333)에 인가된다. 상기 트러스칼로(Truskalo) 특허에 기술된 것과 유사한 파형 발생기(103)는 (K9·vpv) + (K10·vph) + (K11·vpv·vph)와 같은 신호 v103을 발생시킨다. 상수 K9, K10 및 K11은 요구된 집속 기능을 얻기 위해 선택된다. 신호 v103은 접속 전압 F를 발생시키기 위해 집속 전압 발생기 및 변조기 회로(106)에 결합된다. 전압 F는 신호 v103에 비례하여 동적으로 변조된다.
주어진 전자빔과 관련된 원형 빔 스폿은, 예컨대 제2도의 CRT(110)에서 발생될 수 있는 3mA의 매우 큰 빔 전류를 갖는 장점을 갖는다. 또한, 요크(55)의 편향 자계 각각의 불균일성 또는 비점수차를 동적으로 변화시킴에 의해, 빔 스폿은 제8도에 도시한 바와 같이 집속되고, 비점수차를 보정하게 되며 원형에 가깝게 된다. 또 이러한 유익한 전자빔 렌즈 기능은 또한 모노크롬 CRT와 함께 이용될 수도 있다. 각각 대응하는 시간 지점에서 원형 빔 스폿을 만들 수 있는 수평 또는 수직 편향 자계의 자계 불균일성의 형태는 도시되어 있다. 제1도, 제2도, 제3도, 제4도, 제5도(a)-제5도(d), 제6(a)도-제6(d)도 및 제7도(a)-제7도(e)및 제8도에 사용된 동일 기호 및 숫자는 동일한 항목 및 기능을 나타낸다. 유리하게도, 제8도에 도시한 바와 같은 빔 스폿 위치의 함수로서 제2도의 장치에 의해 발생된 빔 스폿 크기의 변화는 제1도에 도시된 것들 보다 실질상 더적다. 전술한 바와 같이, 제1도에 도시한 빔 스폿은 균일 자계를 발생하는 요크에 의해 발생된다. 그러므로 제1도에서 빔 스폿이 수평축의 단부에 있을 때, 타원형 빔 스폿의 장축의 길이는 중심에서 거의 원형인 디스플레이 스크린 중심에 있는 빔 스폿 직경의 1.48배가 된다. 반면에, 제8도에서 최대 증가는 단지 1.18배 이다.
권선 전류적 분포의 제3조파 내용을 변화시킴에 의한 것과 같이, 빔 스폿이 신장되는 것을 감소시키는 다른 방법은 본 명세서에서 인용하는 RCA 서류 번호 제 58,636호의 "DEFLECTION SYSTEM WITH A CONTROLLED BEAM SPOT"(빔 스폿을 조정하는 편향 시스템)이란 명칭의 본건과 동시 출원된 계류중인 미합중국 특허 출원에 설명되어 있다.
수평 및 수직 수렴 그리고 동-서 또는 북-남 핀쿠션 왜곡과 같은 기하학적 왜곡은 제2도 및 제9도의 장치에서, 예를 들면 그러한 목적을 위해 편향 요크의 조파 내용 또는 자계 불균일성의 이용을 필요로 하지 않는 공지된 방법에 의해 보정 될 수 있다. 예를 들면, 제2도의 장치에서, 비디오 신호 프로세서(222)는 신호 R, G 및 B를 발생한다. 주어진 화상 프레임의 신호 R, G 및 B 각각은 메모리에 개별적으로 저장되는 픽셀 신호를 분할 할수 있다. 신호 R, G 및 B 각각의 개별 픽셀 신호가 판독 출력될 때 및 CRT(110)의 각 캐소드에 인가 될 때의 시간은 전술 한 수렴 또는 기하학적 왜곡을 제거하기 위한 방법으로 빔 스폿 위치의 함수로서 변화할 수 있다. 픽셀 신호의 타이밍 변화에 의해 유사한 에러를 보정하는 회로의 예는 여기에 인용되는 카시(Casey) 등의 "RASTER DISTORTION CORRECTION CIRCUIT"(래스터 왜곡 보정 회로)라는 명칭의 미합중국 특허 제4,730,216호에 기술되어 있다.
제9도는 본 발명의 또 다른 특징을 구체화한 편향 시스템(100")을 예시하고 있다. 제9도 및 제1도-제4도, 제5도(a)-제5도(d), 제6(a)도-제6(d)도, 제7도(a)-제7도(e), 제8도에 사용된 동일한 기호 및 숫자는 동일한 항목 및 기능을 나타낸다. 제9도의 편향 시스템(100")은, 예컨대 제2도의 편향 요크(55)와는 상이하게, 균일한 수평 및 수직 편향 자계를 발생할 수 있는 편향 요크(55")를 포함한다. 전자빔 렌즈 기능은 4극자쌍의 장치와 유사한 방법으로 동작하는 한쌍의 4극자 장치(242, 324)에 의해 제9도의 장치에서 발생된다. 4극자 장치(424, 324) 각각은 제2도의 스티그메이터(24)와 유사한 방법으로 이중 4극자로서 구성될 수 있다.
제9도의 장치(324)는 장치(424)보다 디스플레이 스크린(22")에 더 가깝게 되도록 축 Z을 다라 장치(424)에 대해 같은 축에 놓여진다. 장치(324)는 편향 요크(55")보다 디스플레이 스크린(22")에 더 가깝게 놓여질 수 있다. 또한, 장치(324) 대신에, 장치(324)와 유사한 장치(324a)가 점선으로 도시한 바와 같이 장치(424)와 요크(55")사이에 놓여질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 이중 4극자 장치(324)는 요크(55")에 포함될 수 있다. 그러므로, 이중 4극자의 각 4극자는 제2도의 새들형 수직 편향 코일(11)의 4극자 권선에 대하여 전술했던 것과 유사한 방법으로 구성될 수 있다. 이중 4극자를 형성하는 4극자쌍의 축은 ±45의 각을 형성한다.
장치(424,324) 각각이 이중 4극자로서 구성되는 본 발명의 실시예에서, 한쌍의 이중 4극자 장치(424, 324) 각각은 한쌍의 4극자 편향 자계를 발생한다. 이중 4극자 장치(424, 324) 각각의 한상의 4극자 자계 중 하나는 제10도에 도시한 4개의 자극 qa에 의해 형성되는 바와 같이 나타낼 수 있다. 전술한 각 도면들과 제10도에 사용된 동일 기호 및 숫자는 동일한 항목과 기능을 나타낸다. 제10도의 자극 qa는 제6(a)도의 자극(124)과 유사하다. 4극자 자계Tkd 중 다른 하나는 제6(a)도의 자극(224)과 유사한 제10도의 4개의 자극 qb에 의해 형성되는 바와 같이 나타낼 수 있다. 제10도의 자극 qa의 한쌍은 축 X 상에 놓여있다. 자극 qa의 다른 쌍은 축 Y 상에 놓여있다. 자극 qb의 한쌍은 축 X에 대하여 ±45 도의 각을 형성 하는 축 V 상에 놓여진다. 자극 qb의 다른 쌍은 축 V에 대해 수직인 축 W 상에 놓쳐진다.
제9도의 이중 4극자 장치(424)의 자극 qa에 의해 발생된 4극자 자계는 제6(a)도의 전류 ib와 유사한 전류 i1에 의해 동적으로 조절된다. 제9도의 이중 4극자 장치(424)의 제10도의 자극 qb에 의해 발생된 4극자 자계는 제6(b)도의 전류 ia와 유사한 전류 i2에 의해 동적으로 조절된다.
제9도의 이중 4극자 장치(424)를 조절하는 전류 i1및 i2는 장치(424)에 의해 발생되는 총 4극자 자계를 결정한다. 이러한 총 4극자 자계는 극 qa 및 qb에 의해 발생된 4극자 자계 쌍의 중첩이다. 제9도의 장치(424, 324)각각의 총 4극자 자계는 축 M 및 N을 정의하는 제10도의 4개의 자극 Q에 의해 형성되는 바와 같이 나타낼 수 있다. 예컨대, 장치(424)에 의해 발생되는 총 4극자 자계의 세기, 극성 및 방위는 전류 i1및 I2의 크기 및 극성에 의해 결정된다. 그러므로, 자극 Q의 축 M과 축 X 간의 각β 또한 총 4극자 자계의 극성 및 세기는 빔 스폿 도달 위치의 함수로서 번갈아 변화하는 전류 i1및 i2의 함수로서 변화한다. 전류 i3및 i4는 전류 i1및 i2각각에 대해 유사한 방법으로 이중 4극자 장치(324)를 동적으로 조절한다.
장치(424, 324) 각각의 총 4극자 자계는 축 X에 대해 45로 대응하는 발산 축 D와 이 발산 축 D에 수직으로 대응하는 수렴 축 O를 갖는 제10도의 대응하는 4개의 자극 Q에 의해 나타낼 수 있다. 제10도의 축 O는 대응하는 총 4극자 자계가 전자빔의 단면적 또는 윤곽을 수렴하기 쉬운 방향을 나타낸다. 4극자 자계가 전자빔 윤곽을 수렴하는 방법의 예는 제3도와 관련하여 이전에 설명되었다. 제3도에서, 축 X는, 에컨대 빔 스폿의 제10도의 축 O와 유사한 축 X 상에 놓여질 때 그러한 빔 수렴 방향을 나타낸다. 제10도의 축 D는 제9도의 장치(424)에 의해 발생 된 총 4극자 자계가 전자빔의 윤곽을 발산하기 쉬운 방향을 나타낸다.
제11도는 빔 스폿 신장의 방향에 관련된 이중 4극자 장치(424)의 수렴 축 O(1) 및 발산 축 D(1)의 방위를 개략적으로 예시하고 있다. 제1도에 대하여 전술한 바와 같이, 균일한 편향 자계가 이용될 때, 빔 스폿이 신장되는 방향 및 편향의 방향은 동일하다. 이와 유사하게, 이중 4극자 장치(324)의 수렴 축 O(2) 및 발산 축 D(2)의 방위가 도시되어 있다. 그러므로, 제11도는 제9도의 장치(424, 324)에 의해 형성된 쌍에 의해 발생되는 자계를 나타낸다. 제11도 및 전술한 도면들 각각에 사용된 동일 기호 및 숫자는 동일한 항목 또는 기능을 나타낸다.
제9도의 이중 4극자 장치(424)의 제11도의 축 D(1) 및 O(1)는 전류 i1및 i2를 변화시킴으로써 빔 스폿 도달 위치의 함수로서 동적으로 회전될 수 있다. 유사하게, 제9도의 이중 4극자 장치(324)의 제11도의 축 D(2) 및 O(2)는 전류 i3및 i4를 변화시킴으로써 빔 스폿 도달 위치의 함수로서 동적으로 회전될 수 있다.
본 발명의 특징에 의하면, 제9도의 전류 i3및 i4는 제11도의 수렴 축 O(2)이 편향 방향이 변화함에 따라 빔 스폿 신장의 방향과 평행으로 동적을 정렬되는 제9도의 장치(324)의 축 Z에 대해 총 4극자 편향 자계를 동적으로 회전시키도록 하는 방법으로 조절된다. 이 방법에서, 제9도의 장치(324)는 빔 스폿 신장의 감소를 일으킨다. 빔 스폿의 윤곽은 제3도와 관련하여 이전에 설명된 바와 같이 빔 스폿이 신장되는 것을 감소시키도록 신장 방향으로 수렴된다.
축 O(2)의 방향으로 수렴하는 기능의 결과는 제9도의 이중 4극자 장치(324)가 축 O(2)에 수직인 제11도의 방향 D(2)로 빔 스폿을 발산한다는 것이다. 제9도의 장치(324)에 의해 발생된 총 4극자 편향 자계의 수렴과 발산 효과는 실질적으로 덜 타원형이 되도록 하거나 또는 원형에 가깝게 되도록 하기 위해 거의 타원형인 빔 스폿(999)을 변화시키는 경향이 있다는 장점을 갖는다. 장치(324)의 수렴 렌즈 기능에 의해 빔 스폿 신장의 방향으로 과도 수렴(overconvergence)의 결과로써 빔 스폿 비점수차가 발생된다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 제9도의 전류 i1및 i2는, 예컨대 장치(324)에 의해 기인된 빔 스폿 비점수차가 감소되는 빔 스폿 신장의 방향에 대하여 평행인 제9도의 장치(424)의 제11도의 발산축 D(1)을 동적으로 정렬시키도록 하는 방법으로 조절된다. 이 방법으로, 장치(324)와 스크린간의 영역에서 장치(424)는 빔 개구각에 관련된 장치(424)와 장치(324)간의 영역에서 빔 개구간을 증가시킨다.
디스플레이 스크린으로부터 더 멀리 떨어진 제9도의 장치(424)에 의해 발생되는 빔 스폿 발산 동작은 디스플레이 스크린에 더 가까운 장치(324)에 의해 발생 되는 빔 스폿 수렴 동작과 협동하여, 양 동작은 빔 스폿이 신장하는 방향으로 일어나고, 빔 스폿이 신장하는 것을 감소시킬 수 있다. 이것은 빔 개구각과 빔 스폿 크기의 곱이 상수로 나타나는 헬름홀쯔 라그랑지 법칙(Helmholtz Lagrange law)으로부터 유도된 공지된 이론에 의해 설명될 수 있다. 그러므로 전술한 바와 같이, 장치(424)의 빔 스폿 발산 기능은 스크린(22")상의 빔 스폿 크기의 감소를 가져오도록 빔 개구각을 증가시킨다.
제2도의 4극자 코일 어셈블리(28)는, 제2도에서는 특정되지 않은 한쌍의 새들 코일을 추가로 포함할 수 있다. 이 한쌍의 새들 코일은, 예컨대 8개의 자극을 갖는 이중 4극자를 형성하는것과 같은 새들형 수직 편향 코일(11)의 동일한 축에 대해, 예를 들어 90의 대응하는 각을 형성하는 축을 갖는다. 이러한 4극자 코일 어셈블리(28)는 제9도의 장치(324)와 유사하게 동작한다.
제9도의 요크(55")는 자기 수렴 요크라고 가정한다. 이러한 자기 수렴 요크는, 장치(324, 424)의 동작 없이 제12도에 도시한 바와 같이, 주로 수평 방향으로 빔 스폿을 신장시키는 종래 기술의 자기 수렴 시스템과 유사하게 동작할 수 있다. 제12도 및 전술한 도면들 각각에 사용된 동일 기호 및 숫자는 동일한 항목 또는 기능을 나타낸다. 주로 수평 방향으로 빔 스폿이 신장되는 것을 감소시키기 위해, 장치(324, 424) 각각은 단일 4극자로서 구성될 수 있다. 이러한 단일 4극자 장치(324)의 수렴 축 O(2)는 수평 축 X의 방향에 있다. 이와 유사하게, 단일 4극자 장치(424)의 발산 축 D(1)은 축 X의 방향에 있다. 이러한 단일 4극자(324, 424) 각각의 자극은 제6(b)도의 자극(224)에 대한 유사한 방법으로 축 X 및 Y에 대하여 일정한 방향으로 향해진다. 각각 단일 4극자인 제9도의 4극자 장치(324, 424)의 빔 수렴-발산 기능은 전술했던 유사한 이유 때문에 수평 방향으로 빔 스폿이 신장 되는 것을 감소시킨다.

Claims (17)

  1. 내부가 빈 유리 엔벌로프, 이 엔벌로프의 일단부에 배치된 디스플레이 스크린(제2도, 22) 및 상기 엔벌로프의 타단부에 배치되어 상기 스크린 상의 전자빔 도달 위치에서 빔 스폿(제2도, 999)을 형성하는 전자빔을 발생시키는 전자총 어셈블리(제2도, 44)를 갖는 음극선관(제2도, 110)과, 상기 전자빔을 상기 빔 도달 위치로 편향시키는 편향 요크(제2도, 55)의 주 편향 영역(제2도) 내에 주 편향 자계를 발생시키는 복수개의 편향 권선(제2도, 10 ; 99)을 구비하는 편향 장치에 있어서, 상기 전자빔의 빔 경로의 제1영역 내에 상기 빔 도달 위치에 따라 변화하는 제1의 4극자 자계(제3도, Hq)를 발생시키는 제1의 4극자 장치(제2도, 11)와; 상기 빔 경로의 제2영역 내에 빔 도달 위치에 따라 변화하는 제2의 4극자 자계(제6(a)도, 자속선)를 발생시켜 상기 제1 및 제2영역이 상기 디스플레이 스크린으로부터 상이한 거리에 배치되도록 하는 제2의 4극자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 빔 스폿(제2도, 999)이 복수개의 빔 도달 위치 각각에 있을 때, 싱기 제1의 4극자 자계(제3도, Hq)는 상기 제1영역 내의 상기 전자빔(제3도, 999)을 제1 방향(제3도의 x)으로 수렴시키고, 상기 제2의 4극자 자계(24에 의해 발생된 자계)는 상기 제2영역에서 상기 전자빔을 상기 제1방향으로 발산시키는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1의 4극자 자계(제3도 , Hq)의 빔을 수렴하는 방향은 편향 방향이 변하는 함수에 따라 변화하며, 상기 편향 방향은 상기 디스플레이 스크린(제2도, 22)의 중심(제3도, c)과 소정의 빔 도달 위치(제3도, 999)를 연결하는 직선(제3도의 x)으로 한정되는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주 편향 자계 영역(제9도, 55")은 상기 제1영역(제9도, 324) 및 제2영역(제9도, 424) 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 주 편향 자계 영역(제9도, 55")은 상기 제1영역(제9도, 324a) 및 제2영역(제9도, 424)보다 상기 디스플레이 스크린에 더 근접해서 위치한 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 주 편향 자계 영역(제9도, 55")은 상기 제1영역(제9도, 324) 및 제2영역보다 상기 디스플레이 스크린(제9도, 22")으로부터 더 이격되어 위치한 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1의 4극자 장치(제2도, 11)와 제2의 4극자 장치(제2도, 24)는 각각 이중 4극자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1의 4극자 장치(제9도, 324a)와 제2의 4극자 장치(제2도, 424)는 4극자 쌍(제10도, qa : qb)으로서 동작하는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전자빔은 상기 전자총 어셈블리(제2도, 44)에서 발생되는 다수의 전자빔(제9도, R, G, B) 중의 하나이며, 상기 제1의 4극자 장치(제9도, 324) 및 제2의 4극자 장치(제9도, 424)의 상기 주 편향 자계 발생 수단(제9도, 55")은 상기 다수의 전자빔을 수렴하기 위하여 서로 연동하는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  10. 내부가 빈 유리 엔벌로프, 상기 엔벌로프의 일단부에 배치된 디스플레이 스크린(제2도, 22) 및 상기 엔벌로프의 타단부에 배치되어 상기 스크린 상의 전자빔 도달 위치에서 빔 스폿(제2도, 999)을 형성하는 전자빔을 발생시키는 전자총 어셈블리(제2도, 44)를 갖는 음극선과(제2도, 1110)과, 상기 전자빔을 상기 빔 도달 위치로 편향시키는 편향 요크(제2도, 55)의 주 편향 영역에 주 편향 자계를 발생시키는 복수개의 편향 권선(제2도, 10 ; 99)을 구비하는 편향 장치에 있어서, 상기 전자빔의 빔 경로의 제1영역 내에 상기 빔 도달 위치에 따라 변화하는 제1의 4극자 자계를 발생시키는 제1의 4극자 장치(제2도, 11)와; 상기 제1영역보다 상기 디스플레이 스크린에서 더 이격된 위치에 있는 상기 빔 경로의 제2영역 내에 빔 도달 위치에 따라 변화하는 제2의 4극자 자계를 발생시키는 제2의 4극자 장치(제2도, 24)를 포함하며, 상기 빔 스폿이 다수의 상기 빔 도달 위치(제3도, 999)의 각각의 위치로 편향될 대 상기 제1의 4극자 자계(제3도, Hq)는 상기 제1영역 내의 전자빔을 제1의 방향(제3도, x)으로 수렴시키고, 상기 제2의 4극자 자계(제2도, 24)는 상기 제2영역 내의 전자빔을 동일한 방향으로 발산시키는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1의 4극자 장치(제9도, 324)와 제2의 4극자 장치(제9도, 424)는 각각 이중 4극자 장치(제6(a)도, 제6(b)도)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 주 편향 자계 영역(제9도, 55")은 상기 제1의 영역(제9도, 324) 및 제2의 영역(제9도, 424) 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 주 편향 자계 영역 (제9도, 424)은 상기 제1의 영역(제9도, 324a) 및 제2의 영역(제9도, 55")보다 상기 디스플레이 스크린(제9도, 22")에 더 근접해서 위치한 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 주 편향 자계 영역(제9도, 55")은 상기 제1의 영역(제9도, 324) 및 제2의 영역보다 상기 디스플레이 스크린(제9도, 22")으로부터 더 이격되어 위치한 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제1의 4극자 장치(제9도, 324a) 및 제2의 4극자 장치(제9도, 424)는 4극자 쌍으로서 동작하는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 전자빔은 상기 전자총 어셈블리(제2도, 44)에서 발생되는 다수의 전자 빔 중 하나이며, 상기 제1의 4극자 장치(제9도, 324), 제2의 4극자 장치(제9도, 424) 및 상기 주 편향 자계 발생 수단(제9도, 55")은 서로 연동하여 상기 다수의 전자 빔을 수렴시키는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
  17. 내부가 빈 유리 엔벌로프, 상기 엔벌로프의 일단부에 배치된 디스플레이 스크린(제2도, 22) 및 상기 엔벌로프의 타단부에 배치되어 상기 스크린 상의 전자빔 도달 위치에서 빔 스폿(제2도, 999)을 형성하는 전자빔을 발생시키는 전자총 어셈블리(제2도, 44)를 갖는 음극선관(제2도, 110)과, 상기 전자빔을 상기 빔 도달 위치로 편향시키는 편향 요크(제2도, 55)의 주 편향 영역(제2도의 주 편향 영역)내에 주 편향 자계를 발생시키는 복수개의 편향권선(제2도, 10 ; 99)을 구비하는 편향 장치에 있어서, 상기 전자빔의 빔 경로의 제1영역 내에 빔 도달 위치에 따라 변화하는 제1의 4극자 자계를 발생시키는 제1의 이중 4극자 장치(제9도, 324)와; 상기 제1 및 제2 영역(제9도, 324) 중의 한 영역이 다른 영역보다 상기 디스플레이 스크린에 더 근접하여 위치하도록, 상기 빔 경로의 제2의 영역 내에 빔 도달 위치에 따라 변화하는 제2의 4극자 자계를 발생시키는 제2의 이중 4극자 장치(제6(a)도, 제6(b)도, 24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편향 장치.
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