NL8802802A - Beeldweergeefinrichting met van compensatiespoelen voorziene kernmiddelen. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven. Beeldweergeefinrichting met van compensatiespoelen voorziene kernmiddelen.

De uitvinding heeft betrekking op een 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 compensatie-spoelsysteem 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 beeldweergeefinrichting met een compensatiespoelsys-teem voor het compenseren van (lijnspoel-)strooivelden is bekend uit EP-A 220 777.

Recentelijk zijn er voor bepaalde typen beeldweergeefin-richtingen, 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 beeldbuisafbuig-eenheid 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. Veldverande- ringen kunnen storingen in andere elektronische apparatuur veroorzaken, terwijl er verder onderzoekingen gaande zijn on vast te stellen in hoeverre de nenselijke 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 lijnafbuigspoel 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 weergeefinrich-tingen (i.h.b. monitoren) de ruimte ontbreekt om grote spoelstelsels, 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 compensatiespoel-systeem heeft dat zich nabij het schermzijdige uiteinde van de afbuigeenheid bevindt en tenminste één paar kernmiddelen omvat, waarbij elk kernmiddel van het paar uit een, zich in een vlak waarvan de normaal dwars op de lengte-as van de beeldbuis staat uitstrekkend, staafvormig van een spoel voorzien, magnetisch kerndeel bevat, welke kernmiddelen symmetrisch ten opzichte van het genoemde symmetrievlak èn symmetrisch ten opzichte van een vlak dat de buisas bevat en dwars op het symmetrievlak staat zijn gepositioneerd, waarbij de lengte-assen van in hetzelfde vlak gelegen kernmiddelen het symmetrievlak in nagenoeg hetzelfde, achterwaarts gelegen, punt, onder een scherpe hoek van 90°-Φ snijden.

De eenvoud van deze oplossing voor stralingscompensatie, die berust op het gebruik van staafvormige kerndelen van magetiseerbaar materiaal die voorzien zijn van (toroidale) compensatiespoelen, is superieur aan alle tot nu toe 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 gering.

In het kader van de uitvinding kan het compensatiespoel-systeem een eerste paar kernmiddelen die zich in een eerste vlak waarvan de normaal dwars op de buisas staat uitstrekken, en een tweede paar kernmiddelen die zich in een tweede vlak waarvan de normaal dwars op de buisas staat uitstrekken, welke eerste en tweede vlakken op gelijke afstanden van de buisas liggen, omvatten. Een in de praktijk geteste configuratie bleek het lijnstrooiveld effectief te compenseren, terwijl minder verlies (in een bepaald geval b.v. 5x minder) afbuiggevoeligheid optrad dan bij de bekende compensatiespoelsystemen.

Een uitvoeringsvorm die nog meer voordelen biedt, wordt gekenmerkt, doordat het compensatiespoelsysteem één paar kernmiddelen, die zich in een vlak dat de buisas bevat en dwars staat op het symmetrievlak van de lijnafbuigspoelen uitstrekken, bevat. Voor de (twee) op deze wijze gearrangeerde kernmiddelen is in voorwaartse richting aanzienlijk meer ruimte beschikbaar dan voor de (vier) kernmiddelen van de hier boven beschreven oplossing. Dit is van belang omdat de effectiviteit van de compensatie groter kan zijn naarmate de magnetische kerndelen zich vanaf de voorzijde van de afbuigeenheid verder naar voren uitstrekken.

Bij voorkeur zijn de kerndelen van de twee kermniddelen van de laatste oplossing in een aagnetische flux uitwisselende relatie aet een de lijnafbuigspoel oagevende yokering van magnetisch materiaal geplaatst. De combinatie van yokering met twee kerndelen werkt dan a.h.w. als één kerndeel van zeer grote lengte. 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 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 verregaand gecompenseerd wordt. Hiertoe kan de hoek φ ingesteld worden in afhankelijkheid 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 = &, waarbij y is de afstand van de middens van de kerndelen tot het symmetrievlak en z 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 volgens de uitvinding met een van een elektromagnetische afbuigeenheid met een yokering en een compensatiespoelsysteem voorziene beeldbuis;

Figuur 2 toont schematisch een vooraanzicht van een yokering met een compensatiespoelsysteem;

Figuur 3 toont schematisch een zijaanzicht van een yokering met een compensatiespoelsysteem;

Figuur 4 toont schematisch een beeldbuis-afbuigeenheid combinatie in langsdoorsnede;

Figuur 5 toont een electrisch schema voor een mogelijke wijze van aansluiten van een compensatiespoelsysteem;

Figuur 6 toont schematisch een vooraanzicht van een yokering met een alternatief compensatiespoelsysteem; en

Figuur 7 toont schematisch een beeldbuis-afbuigeenheid combinatie met het arrangement van Fig. 6 in langsdoorsnede.

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 elektronenkanonsysteem. Nabij de overgang tussen de hals 5 en het trechtervormige gedeelte 6 is op de buis een schematisch aangeduide elektromagnetische afbuigeenheid 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 bedrijfstoe- stand een zaagtandvarmige 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 oageven door een ringvormig kernelement van zachtaagnetisch materiaal, de zogenaamde yokering.

Ervan uitgaande dat het stralingsveld van een lijnafbuigspoel aèt 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 zónder 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 kernmiddelen met op kerndelen 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 paar kernmiddelen 10 met twee van compensatiespoelen 12 en 13 voorziene kerndelen 14 en 15, en een tweede paar kernmiddelen 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. Het paar kernmiddelen 10 strekt zich uit in een vlak x waarvan de normaal dwars op de buisas z staat. Het paar kernmiddelen 11 strekt zich uit in een vlak B waarvan de normaal dwars op de buisas Z staat. De vlakken x en S zijn op gelijke afstanden van de buisas z gelegen.

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 gaande lijn evenwijdig aan het x-z vlak. 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 (= 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 stralingscen-trum van een eventueel compensatiespoelen arrangement moet laten samenvallen met het (denkbeeldige) stralingscentrum van de lijnafbuigspoel. Vallen deze niet samen, dat kan wel het dipoolstralingsveld 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 90°-φ met het X-Z vlak. Om te zorgen dat een eventueel geïntroduceerde 4-pool veldcomponent zoveel mogelijk gecompenseerd wordt, kan φ zodanig ingesteld worden dat aan de relatie tg ψ = ψvoldaan wordt, waarbij z de afstand van een vlak 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 zelfinductie) aangebracht die zich bij voorkeur over het grootste deel van de lengte van de kerndelen uitstrekken.

Om eventuele ladingsbeinvloeding 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 landingsbein- vloeding 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" compensatiespoeltak wordt geleid, en omgekeerd.

Fig. 6 toont een vooraanzicht van een yokering 27 met compensatiespoelarrangement geschikt voor toepassing in een alternatieve uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding. Grotendeels binnen de yokering 27 bevinden zich twee (met een onderbroken lijn symbolisch aangegeven) symmetrisch t.o.v. het symmetrievlak X-Z gepositioneerde lijnspoelhelften 29a en 29b. In dit geval bevat het compensatiespoelsysteem één paar kernmiddelen 28, 29, bestaande uit een magnetisch kerndeel 23 met een compensatiespoel 25 en een magnetisch kerndeel 24 met een compensatiespoel 26. De kernmiddelen 28, 29 strekken zich uit in het y-z vlak en zijn symmetrisch gearrangeerd t.o.v. het x-z vlak. Zoals te zien is in fig. 7, die een beeldbuis 34 toont met een hals 36 en een trechtervormig gedeelte 36, zijn de kernmiddelen 28, 29 zodanig in het y-z vlak gepositioneerd dat ze het x-z vlak in nagenoeg hetzelfde achterwaarts gelegen punt P onder een hoek 90°φ snijden.

Een voordeel van het aan de hand van fig. 6 en 7 getoonde compensatiespoel arrangement is, dat de spoelen 25 en 26 op eenvoudige wijze gevormd kunnen worden door uitlopers van de lijnafbuigspoelhelften 37a, 37b te nemen en deze om de (schuin naar voren wijzende) kerndelen 23, 24 te wikkelen.

Een ander voordeel is, dat de kerndelen 23, 24 zodanig t.o.v. de yokering 27 gepositioneerd kunnen worden dat ze ermee in een magnetische flux koppelende relatie staan. Daardoor wordt a.h.w. één doorgaand kerndeel van grote lengte gevormd en is voor de compensatie minder afbuigenergie nodig dan in andere gevallen.

Nog een ander voordeel is dat geen gebruik hoeft te worden gemaakt van een extra schakelingsconfiguratie met diodes (Fig.

5).

Claims (7)

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 zich nabij het schermzijdige uiteinde van de afbuigeenheid bevindt en tenminste één paar kernmiddelen omvat, waarbij elk kernmiddel van het paar uit een, zich in een vlak waarvan de normaal dwars op de lengte-as van de beeldbuis staat uitstrekkend, staafvormig van een spoel voorzien, magnetisch kerndeel bevat, welke kernmiddelen symmetrisch ten opzichte van het genoemde symmetrievlak èn symmetrisch ten opzichte van een vlak dat de buisas bevat en dwars op het symmetrievlak staat zijn gepositioneerd, waarbij de lengte-assen van in hetzelfde vlak gelegen kernmiddelen het symmetrievlak in nagenoeg hetzelfde, achterwaarts gelegen, punt, onder een scherpe hoek van 90°-φ snijden.

2. Beeldweergeefinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het compensatiespoelsysteem één paar kernmiddelen, die zich in een vlak dat de buisas bevat en dwars staat op het symmetrievlak van de lijnafbuigspoelen uitstrekken, bevat.

3. Beeldweergeefinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de kerndelen van de kernmiddelen van het paar in een magnetische flux uitwisselende relatie met een de lijnafbuigspoel omgevende yokering van magnetisch materiaal geplaatst.

4. Beeldweergeefinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het compensatiespoelsysteem een eerste paar kernmiddelen die zich in een eerste vlak waarvan de normaal dwars op de buisas staat uitstrekken, en een tweede paar kernmiddelen die zich in een tweede vlak waarvan de normaal dwars op de buisas staat uitstrekken, welke eerste en tweede vlakken op gelijke afstanden van de buisas liggen, omvat.

5. Beeldweergeefinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tg φ = 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.

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

7. Inrichting volgens conclusie 4, 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.