NL8801512A - Beeldweergeefinrichting met van compensatiespoelen voorziene magnetiseerbare kernmiddelen. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Beeldweergeefinrichting iet van compensatiespoelen voorziene magnetiseerbare kernmiddelen.

De uitvinding heeft betrekking op een beeldweergeefinrichting voorzien van een beeldbuis, waarvan het achterste gedeelte bestaat uit een cilindervoraige hals waarin zich een inrichting bevindt voor het opwekken van elektronenbundels, terwijl het voorste gedeelte een trechtervorm heeft, waarbij het wijdste deel zich aan de voorzijde bevindt en een beeldscherm met fosforen bevat, alsmede van een rond een deel van de beeldbuis gemonteerde elektromagnetische afbuigeenheid voor het afbuigen van elektronenbundels over het beeldscherm, bevattende een lijnafbuigspoel met twee aan weerskanten van een symmetrievlak gelegen lijnafbuigspoelhelften en een beeldafbuigspoel, en van een compensa-tiespoelsysteem voor het opwekken van een magnetisch compensatieveld dat in een ruimte vóór het beeldscherm tegengesteld gericht is aan het lijnfrequente stralingsveld in dat gebied.

Een dergelijke beeldweergeefinrichting met middelen voor het compenseren van {lijnspoeUstrooivelden is bekend uit EP-A 220 777.

Recentelijk zijn er voor bepaalde typen beeldweergeef-inrichtingen, en wel met name voor monitoren, strengere normen ingevoerd ten aanzien van het magnetische stoorveld dat zij om zich heen mogen produceren. Een belangrijke bron van magnetische stoorvelden is de lijnafbuigspoel, daar deze, in tegenstelling tot de beeldafbuigspoel, met hoogfrequente stromen (frequenties in het gebied van 10 tot 100 kHz) bedreven wordt. Het is nu eenmaal niet mogelijk om een goed werkende afbuigspoel te ontwerpen die geen strooiveld produceert. Zou men het strooiveld door middel van een afscherming willen elimineren, dan is een dergelijke afscherming pas effectief als de beeldbuisafbuigeenheid combinatie ook aan de beeldschermzijde wordt afgeschermd. Weliswaar is het uitwendige magnetische veld van een afbuigeenheid niet erg sterk; op een afstand van 50 cm van de voorkant van een afbuigeenheid voor een 110° monochrome beeldbuis is de veldsterkte al afgenomen tot ongeveer 1% van de sterkte van het aardmagnetisch veld, maar het is de verandering van het veld in de tijd die van belang is. Veldveranderingen kunnen storingen in andere elektronische apparatuur veroorzaken, terwijl er verder onderzoekingen gaande zijn om vast te stellen in hoeverre de menselijke gezondheid er door beïnvloed wordt. Heden ten dage, met het toenemen van de lijnfrequenties en dus steeds kortere flyback tijden, neemt de tijdafgeleide van het veld van de afbuigeenheid ook toe.

In de bovengenoemde octrooipublikatie wordt voor compensatie van het lijnafbuigstrooiveld de toepassing beschreven van een compensatiespoelsysteem dat bij bekrachtiging een compenserend magnetisch dipoolveld opwekt. Dit dipoolveld kan verkregen worden door één spoel, waarvan de windingen in hoofdzaak in één plat vlak liggen (een "stroomlus"), welke spoel het juiste aantal windingen, het juiste oppervlak en de juiste oriëntatie heeft, te bekrachtigen. Het bekrachtigen kan b.v. gebeuren door de compensatiespoel in serie met, of parallel aan, de iijnafbuigspoel te schakelen. Het compensatieveld kan op alternatieve wijze verkregen worden door twee “stroomlussen", die gepositioneerd zijn aan weerszijden van de lijnafbuigspoel, welke stroomlussen het juiste aantal windingen, het juiste oppervlak en de juiste oriëntatie hebben, te bekrachtigen. Het bekrachtigen kan ook in dat geval b.v. gebeuren door de door de stroomlussen gevormde compensatiespoelen in serie met, of parallel aan, de lijnafbuigspoel te schakelen.

Bij voorkeur zijn de compensatiespoelen groot om hun energie-inhoud te reduceren.

Een probleem is echter dat in veel typen weergeefin-richtingen (i.h.b. monitoren) de ruimte ontbreekt om grote spoelstel-sels, op de juiste plaats, aan te brengen. Daardoor moeten dan relatief kleine (te kleine) compensatiespoelen gebruikt worden, waardoor de stralingscompensatie veel (lijnafbuig)energie gebruikt. Bovendien wordt de gevoeligheid van de lijnafbuigspoel nadelig beïnvloed in het geval dat het compensatiespoelsysteem in serie met de lijnafbuigspoel is geschakeld. De zelfinductie neemt dan toe.

Aan de uitvinding ligt de opgave ten grondslag maatregelen te verschaffen die een compensatie van het stralingsveld van de lijnafbuigspoel mogelijk maken die minder energie gebruikt en minder gevoeligheid kost dan de bekende maatregelen.

Deze opgave wordt volgens de uitvinding opgelost doordat de inrichting van de in de aanhef genoemde soort een compensatiespoelsysteem heeft dat twee aan weerszijden van de afbuigeenheid geplaatste, van spoelen voorziene kernmiddelen van magnetiseerbaar materiaal omvat, waarbij elk kernaiddel uit twee, zich nagenoeg evenwijdig aan de lengteas van de beeldbuis uitstrekkende, staafvormige kerndelen bestaat die symmetrisch ten opzichte van het genoemde symmetrievlak zijn gepositioneerd, waarvan de lengteassen het symmetrievlak snijden in nagenoeg hetzelfde, achterwaarts gelegen, punt, en een scherpe hoek van 90°-φ met het syametrievlak maken.

De eenvoud van deze oplossing voor stralingscompensatie, die berust op het gebruik van kernmiddelen van magnetiseerbaar materiaal die voorzien zijn van (toroidale) compensatiespoelen, is superieur aan alle tot nu bekende oplossingen van dit probleem, die berusten op het gebruik van kernloze spoelen, oftewel luchtspoelen. Een spoel die een kern van magnetiseerbaar materiaal omvat neemt weinig ruimte in en het verlies in gevoeligheid is uiterst gering, in een bepaald geval b.v. 5x minder dan bij een bekende, van één luchtspoel boven en één luchtspoel onder de afbuigeenheid gebruik makende oplossing.

Onder toroidale spoelen worden spoelen verstaan die om (een deel van) hun kernmiddel gewikkeld zijn. Tengevolge van het feit dat de diameter van de lijnafbuigspoel en de hem omgevende yokering in de richting van het beeldscherm toeneemt, valt het stralingscentrum van de afbuigeenheid niet samen met zijn mechanische centrum, maar ligt het op kleine afstand (enkele centimeters) vóór de afbuigeenheid (in de beeldbuis). Dit betekent dat het bij de bekende oplossingen niet mogelijk is om de compensatiespoel of spoelen zodanig te positioneren dat het stralingscentrum van het compensatiespoelsysteem samenvalt met het stralingscentrum van de afbuigeenheid. Het gevolg hiervan is dat het opwekken van het compensatie(dipool)veld gepaard gaat met het opwekken van een hogere orde magneetveld (vierpoolveld, zespoolveld afhankelijk van de gekozen configuratie). In het algemeen is het om aan de gestelde eisen te voldoen, noodzakelijk om dit hogere orde veld op zijn beurt te compenseren. Voor dit laatste is dan weer een extra compensatiespoelsysteem nodig. Dit probleem bestaat bij de inrichting volgens de uitvinding niet, omdat het mogelijk is om de twee paar kerndelen van magnetiseerbaar materiaal met de bijbehorende compensatiespoelen zodanig te positioneren dat een niet-samenvallen van het stralingscentrum van het compensatiespoelsysteem met het stralingscentrum van de afbuigeenheid gecompenseerd wordt. Hierbij wordt de hoek φ ingesteld als functie van de afstand z van het vlak door de middens van de kerndelen tot het stralingscentrum van de afbuigeenheid.

Voor het compenseren van een ongewenste vier-pool component stelt men i.h.b. de hoek φ zodanig in dat geldt tg φ y, waarbij y is de afstand van de middens van de kerndelen tot het symmetrievlak.

Een praktische vorm van aansluiten van het compensatiespoelsysteem volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de spoelen dezelfde wikkelrichting hebben en in bedrijf zodanig verbindbaar zijn met een lijnfrequente stroombron dat de velden die ze opwekken dezelfde richting hebben.

Enige uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding zullen aan de hand van de tekening worden toegelicht.

Figuur 1 toont een perspectivisch aanzicht van een beeldweergeefinrichting met een van een elektromagnetische afbuigeenheid met een yokering en een compensatiespoelsysteem volgens de uitvinding voorziene beeldbuis;

Figuur 2 toont schematisch een vooraanzicht van een yokering met een compensatiespoelsysteem volgens de uitvinding;

Figuur 3 toont schematisch een zij-aanzicht van een yokering met een compensatiespoelsysteem volgens de uitvinding;

Figuur 4 toont schematisch een buis-spoelcombinatie in langsdoorsnede;

Figuur 5 toont een electrisch schema voor een mogelijke wijze van aansluiten van het compensatiespoelsysteem volgens de uitvinding,

Figuur 1 toont een perspectivisch aanzicht van een in een kast 1 geplaatste afbuigeenheid-beeldbuiscombinatie welke in het kader van de uitvinding voorzien is van een compensatiespoelsysteem 3. Ter wille van de duidelijkheid zijn alle details die voor een goed begrip van de uitvinding niet van belang zijn weggelaten.

De beeldbuis 4 heeft een cilindervormige hals 5 en een trechtervormig gedeelte (konus) 6 waarvan het wijdste deel zich aan de voorzijde van de buis bevindt en een (niet getekend) beeldscherm bevat.

Het beeldscherm bevat fosforen die, wanneer zij getroffen worden door elektronen, oplichten in een voorafbepaalde kleur. In het achterste gedeelte van de hals 5 bevindt zich een elektronenkanonsys- teem. Nabij de overgang tussen de hals 5 en het trechtervormige gedeelte 6 is op de buis een schematisch aangeduide elektromagnetische afbuig-eenheid 8 aangebracht die binnen een yokering 7 een lijnafbuigspoel (niet zichtbaar) bevat voor afbuiging van de elektronenbundels in horizontale richting x. Gewoonlijk bestaat de lijnafbuigspoel uit twee zadelvormige spoelhelften die aan weerskanten van een symmetrievlak (het X-Z vlak) liggen. Hier wordt in bedrijfstoestand een zaagtandvormige stroom met een frequentie tussen 10 en 100 kHz, bijvoorbeeld met een frequentie van ongeveer 64 kHz, doorheen gestuurd. In het algemeen is de lijnafbuigspoel omgeven door een ringvormig kernelement van zachtmagne-tisch materiaal, de zogenaamde yokering.

Ervan uitgaande dat het stralingsveld van een lijnafbuigspoel mèt yokering even groot maar tegengesteld is aan dat van een spoel zonder yokering is voor grote afstanden de lijnafbuigspoel op te vatten als een stroomkring met een gegeven magnetisch moment.

Het veld B0 in het stralingscentrum van een lijnafbuigspoel zonder yokering is te berekenen op ongeveer 30 Gauss.

Het veld van een practische deflectiespoel mèt yokering is ongeveer het dubbele.

Voor het compenseren van dit stralingsveld wordt een compensatiespoelsysteem 3 met op kernmiddelen gewikkelde spoelen gebruikt, zoals nader getoond aan de hand van fig. 2 en 3.

Figuur 2 toont een vooraanzicht van de yokering 7 van de beeldbuis 2 van fig. 1, samen met het compensatiespoelsysteem 3 volgens de uitvinding, en fig. 3 toont een zijaanzicht. Grotendeels binnen de yokering 7 bevinden zich twee (met een onderbroken lijn symbolisch aangegeven) symmetrisch t.o.v. het symmetrievlak X-Z gepositioneerde lijnspoelhelften 9a en 9b. Het compensatiespoelsysteem 3 omvat een eerste kernmiddel 10 met twee van compensatiespoelen 12 en 13 voorziene kerndelen 14 en 15, en een tweede kernmiddel 11 met twee van compensatiespoelen 16 en 17 voorziene kerndelen 18 en 19. Door het compensatiespoelsysteem op de juiste wijze te bekrachtigen kan het buiten de beeldbuis i.h.b. aan de voorzijde van het beeldscherm door de lijnafbuigspoel opgewekte strooiveld (stralingsveld) gecompenseerd worden.

Zoals in fig. 3 te zien is zijn de kerndelen 14, 15 (en 18, 19) op een bepaalde wijze gekanteld t.o.v. een door hun middens M

gaand, loodrecht op de z-as staand vlak a. De mate van kanteling hangt samen met de afstand die dit vlak van het stralingscentrum van de afbuigeenheid verwijderd is. Dit wordt nader toegelicht onder verwijzing naar Fig. 4.

Het storende veld van de lijnafbuigspoel 9a, 9b kan globaal worden opgevat als een dipool in de buis 2 (ξ stroomlus 20).

Of anders gezegd: doordat de diameter van de lijnafbuigspoel 9a, 9b naar het beeldscherm 4 toe toeneemt, ligt het centrum C van het stralingsveld van de lijnafbuigspoel vóór de lijnafbuigspoel.

Een belangrijk probleem is dus hoe men het stralingscentrum van een eventueel compensatiespoelen arrangement moet laten samenvallen met het (denkbeeldige) stralingscentrum van de lijnafbuigspoel. Vallen deze niet samen, dan kan wel het dipoolstra-lingsveld gecompenseerd worden, maar wordt b.v. een vier-pool veldcomponent geïntroduceerd.

Bij de onderhavige uitvinding is dit probleem onderkend, wat geleid heeft tot het ontwerp van een volkomen nieuw compensatiespoelen arrangement. Bij een uitvoeringsvorm hiervan zijn vier compensatiespoelen 12, 13, 16, 17 gebruikt die op staafvormige kerndelen 14, 15, 16, 17 van magnetiseerbaar materiaal zijn gewikkeld (Fig. 2, 3).

De (assen van de) kerndelen 14, 15, 16, 17 maken een hoek Φ met het vlak α door hun middens M. (vlak α is parallel aan het vlak van het beeldscherm 4), of, wat hetzelfde is, een hoek 90°-tp met het X-Z vlak. Om te zorgen dat een eventueel geïntroduceerde 4-pool veldcomponent zoveel mogelijk gecompenseerd wordt, wordt φ bij voorkeur zodanig ingesteld dat aan de relatie tg φ =γ voldaan wordt, waarbij z de afstand van het vlak α door de middens van de kerndelen 14, 15, 16, 17 tot het stralingscentrum C en y de afstand van de middens M van de kerndelen 14, 15, 16, 17 tot het X-Z vlak is. In een bepaalde toepassing hadden de staafvormige kerndelen 14, 15, 16, 17 een lengte van 60 mm en een diameter van 5 mm en waren vervaardigd uit 4C6 ferriet. Staaflengtes van 5 tot 10 cm bleken b.v. in de praktijk geschikt te zijn. Op de kerndelen 14, 15, 16, 17 zijn spoelen 12, 13, 18, 19 met een beperkt aantal windingen (i.v.m. de zelfdinductie) aangebracht die zich bij voorkeur over het grootste deel van de lengte van de kerndelen uitstrekken.

Om eventuele landingsbelnvloeding te corrigeren kunnen de staafvormige kerndelen bij hun uiteinden voorzien zijn van permanente magneten.

Een andere mogelijkheid om bij het gebruik van op staafvormige kerndelen gewikkelde compensatiespoelen de landingsbelnvloeding te reduceren is het toevoegen van een configuratie met twee diodes. De compensatiespoelparen worden dan in principe parallel aan elkaar geschakeld, zoals schematisch getoond wordt in fig. 5, waarin twee parallel geschakelde lijnafbuigspoelen 9a, 9b in serie verbonden zijn met twee parallel geschakelde compensatiespoelparen 12, 13 en 16, 17. M.b.v. diodes 21, 22 wordt er voor gezorgd dat wanneer de elektronenbundels naar "rechts" worden afgebogen op het beeldscherm de lijnafbuigstroom voornamelijk door de "linker" compensatiespoel 9a wordt geleid, en omgekeerd.

Claims (4)

1. Beeldweergeefinrichting voorzien van een beeldbuis, waarvan het achterste gedeelte bestaat uit een cilindervormige hals waarin zich een inrichting bevindt voor het opwekken van elektronenbundels, terwijl het voorste gedeelte een trechtervorm heeft, waarbij het wijdste deel zich aan de voorzijde bevindt en een beeldscherm met fosforen bevat, alsmede van een rond een deel van de beeldbuis gemonteerde elektromagnetische afbuigeenheid voor het afbuigen van elektronenbundels over het beeldscherm, bevattende een lijnafbuigspoel met twee aan weerskanten van een symmetrievlak gelegen lijnafbuigspoelhelften en een beeldafbuigspoel, en van een compensatiespoelsysteem voor het opwekken van een magnetisch compensatieveld, dat in een ruimte aan de voorzijde van het beeldscherm tegengesteld gericht is aan het lijnfrequente stralingsveld in dat gebied, met het kenmerk, dat het compensatiespoelsysteem twee aan weerszijden van de beeldbuis op gelijke afstand van het beeldscherm geplaatste, van spoelen voorziene, kernmiddelen van magnetiseerbaar materiaal omvat, waarbij elk kernmiddel uit twee, zich nagenoeg evenwijdig aan de lengteas van de beeldbuis uitstrekkende, staafvormige kerndelen bestaat die symmetrisch ten opzichte van het genoemde symmetrievlak zijn gepositioneerd, waarvan de lengteassen het symmetrievlak snijden in nagenoeg hetzelfde, achterwaarts gelegen, punt, en een scherpe hoek van 90°-φ met het symmetrievlak maken.

2. Beeldweergeefinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tg φ = y> waarbij z is de afstand van het vlak door de middens van de kerndelen tot het stralingscentrum van de afbuigeenheid en y is de afstand van de middens van de kerndelen tot het symmetrievlak.

3. Beeldweergeefinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de spoelen dezelfde wikkelrichting hebben en in bedrijf zodanig verbindbaar zijn met een lijnfrequente stralingsbron, dat de velden die ze opwekken dezelfde richting hebben.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een diodeconfiguratie electrisch is verbonden met de op de staafvormige kerndelen aangebrachte spoelen, zodanig dat in bedrijf voornamelijk die spoel wordt bekrachtigd die zich het verst van de afgebogen bundels bevindt.