磁化阴极射线管中静态会聚修正磁环 的方法和装置 美国专利申请(代理人档案no.5604-0393)涉及用于阴极射线管(CRT)的静态会聚修正的铁氧体磁环和支架，这种阴极射线管适合于使用作为本申请的主题的铁氧体磁环和支架。
本发明涉及彩色电视机或其它彩色显示器，例如数据/图形显示器用的阴极射线管(CRT)，更准确地说，涉及磁化用于这种CRT的静态会聚修正的磁环的方法和装置。
彩色电视机和相关的应用场合的CRT使用由三个一组的阴极射线发光荧光单元的重复图案所组成的显示屏，每个三个一组的荧光单元包括每一种红、蓝和绿基色一个的荧光单元。通常，单元是密集地排列的纵向的条。屏被横扫过显示屏的三电子束同时激发，根据显示信号来调制每束电子束的强度，而所述显示信号对应于要显示的图象的三基色(红、蓝和绿)中的一种颜色。为了保证每束电子束只打到对应的颜色地荧光单元，有大量孔的荫罩以这样的方式被放置在很靠近荧光屏的后面，即，使得电子束、荫罩的孔和屏上对应的荧光单元之间配准。
在传统的彩色CRT中，由荫罩的孔决定的单个图象单元或象素的数目通常是大约250,000个或更多。这些大量而小尺寸的象素使得显示器的观看者的眼睛能把分开的红、蓝和绿单元在正常的观看距离上综合成全色图象。
对于获得高质量的显示图象来说，荫罩孔与荧光屏单元之间的配准是很关键的。实现这种配准的方法是：把多孔的荫罩安装在玻璃显示窗的后面，然后在原位置利用荫罩作为光学掩模，用光刻技术在玻璃显示窗上形成荧光屏。这样，荫罩和荧光屏就“啮合”，并且在其后的制造过程中始终保持在一起。
电子枪在CRT外壳的颈部的精确定位和对准对于实现电子束与荧光屏上适当的荧光单元之间的配准也是很关键的。
显然，尽管对制造过程的每一步骤都十分小心地控制，但是，必然会发生某种程度的安装误差。一旦制造过程已经完成，就不再有机会调节在CRT外壳内的机械元件的对准。可是，能调节电子束的对准。习惯上用把永磁体放置在电子枪附近的颈部外，并调节这些磁体的相对位置，直到达到所谓“静态会聚”。静态会聚定义为在没有任何束偏转电流的情况下，三电子束打到显示屏中心的状态。
这种静态会聚修正以及色纯度和帧误差修正在过去一直由手工进行，办法是通过调节一系列多极磁环相对于电子束的位置以及它们彼此之间的相对位置，这样做造成相当大的劳力开销和带来人为的误差。已经试图把制造过程的这个步骤自动化。例如见美国专利4,027,219；4,105,983和4,220,897。特别是，美国专利4,220,897描述了修正静态会聚误差以及色纯度和帧误差的方法，它包括在会聚修正器件例如单金属合金环上感应出一种定制的磁化图案，所述单金属合金环例如位于电子枪的顶罩(top cup)内。
虽然这种方法代表了克服手工调节CRT的颈部上预磁化环而作的重大改进，但是，实际上发现造成CRT之间的变化，这是由于磁化装置相对于环的位置变化以及内磁环的近邻端之间的间隙的变化。此外，内磁环由磁金属合金例如铁钴合金制成，虽然磁化它比磁化非金属环材料例如铁氧体要容易得多，可是购买和制造它却要贵得多。
由于各CRT制造商之间的竞争日趋激烈，因此，尽可能地使静态会聚在管与管之间的变化降到最小，并以最小的成本做到这一点变得越来越重要。
因此，本发明的一个目的是提供一种在位于彩色CRT的颈部上或颈部内的可磁化环内感应出一种定制的磁化图案的方法和装置，用于修正静态会聚误差以及色纯度和帧误差，这种方法和装置能使CRT与CRT之间静态会聚的变化降到最小，并以最小的成本做到这一点。
本发明的另一个目的是提供一种在位于彩色CRT的颈部上的例如铁氧体磁环这样的可磁化环内感应出一种定制的磁化图案的方法和装置，用于实现静态会聚修正。
根据本发明的一个方面，提供一种用来在CRT中实现静态会聚修正的方法，即，在安装于CRT的电子枪的出口端附近的诸如铁氧体磁环的可磁化环内感应出一种定制的磁化图案，在这方法中：
(a)使所述环处于围绕环周围的第一多局部磁场下，每个局部磁场以一系列正负极性交替的衰减的高功率磁脉冲(在此称为“交流脉冲”)来表征，这脉冲系列以有足够幅度的起始脉冲开始，用于在环内感应出磁饱和状态，随后跟着衰减幅度的后来的脉冲，后来的交流脉冲的幅度足以在要修正的相同类型的CRT的统计范围内实现粗会聚修正；和
(b)使所述环处于相似于第一多局部磁场的第二多局部磁场下，所不同的是，每个局部磁场以预先确定的正或负的直流偏置(offset)来表征，以这直流偏置来调节所述环的磁化，以便修正在粗修正之后CRT中仍存在的任何会聚误差。
已经发现使用这样的交流脉冲在铁氧体磁环材料中促进稳定磁畴的形成。
最好通过交替地把正流向和负流向的电流脉冲加到一组磁线圈的每一个上来实现所述局部磁场，例如通过使一系列充电到预先确定的电平的电容顺序地对每个线圈放电。
用测量粗修正后的剩余会聚误差，然后计算使每个线圈达到会聚所需的直流偏置的办法，来决定CRT的静态会聚修正的细修正所需的直流偏置。
相邻线圈的极性彼此相反，从而相邻线圈的磁脉冲将有相互抵消的作用，造成在这些相邻线圈之间的磁环的区域处没有可测量的磁化。
由于低的导磁率和随之而要求的磁化铁氧体磁环所需的大的功率(对铁氧体磁环大约250千瓦峰值功率，而对金属环大约2千瓦)，因此，每个步骤应在大约1到2秒之间的总时间内完成，以便避免在线圈中产生过热。这样，峰值的数目和持续时间以及峰值之间的时间间隔应该作相应的选择。
通常，已经发现，如果铁氧体磁环的粗和细修正的每一步骤都使用从三个到五个衰减脉冲，例如用四个衰减脉冲的一系列脉冲来进行，而这系列脉冲的起始峰值超过30千高斯(以便在所述环中感应出磁饱和状态)，每个脉冲的持续时间从大约0.1到大约50毫秒，例如5毫秒，相继脉冲之间的延迟从大约15毫秒到大约1秒，例如25毫秒，就能获得好的会聚修正。
可以用下面的关系来描述达到所希望的修正的其余脉冲的衰减率：
(An+1)/An=1-1/p (1)其中An是第n个峰值的幅度，而p是总的峰值数目。
为了获得好的会聚修正，应该把相继的峰值的幅度控制在0.1％以内的精度。
最好使用具有六到十二个例如八个圆柱形线圈的紧凑环形布置的充磁头来进行所述粗和细修正步骤，上述圆柱形线圈有这样的取向，使得线圈的端部靠近要磁化的环。
所述线圈最好有空气芯子，这种线圈的线圈电流与磁场强度之间有线性关系，这样就简化了线圈的起始校准和随后的所需的直流偏置电流的计算。实心的线圈通常呈现出电流与场强之间的非线性，这使得这种校准较困难。此外，这种线圈对CRT电子束偏转装置有不利的影响。
从所测得的会聚误差计算出来的直流偏置可能从零变到大约50高斯，而按照1毫高斯以内的精度来设置直流偏置。用在美国专利4,220,897中描述的方法来确定每个线圈的准确的直流偏置，此美国专利的整个说明书被包含在本文中作为参考。
可以把交流脉冲和直流偏置电流两者都馈入每一个线圈，而不是分别给分开的线圈提供交流和直流电流，这样就简化了硬件配置。
已经发现这种磁化方法特别适用于铁氧体磁环的定制磁化，所述铁氧体磁环比金属合金环便宜很多，并且能容易地制成一些连续的环，这些环比起在环的相邻端之间有间隙的金属合金环呈现较小的环与环之间的磁化变化。
根据在本发明的另一方面，提供一种实现上述磁化方法的装置，这种装置有一系列按照圆形的布局安装的磁化线圈，磁化期间这些线圈包围着所述环。这种装置的独特的特征是：可以把交流和直流脉冲两者都馈入每一个线圈，不需要有交流脉冲和直流脉冲的分开的线圈。
为了用铁氧体磁环达到最好的会聚结果，所述装置应能在充磁头内的每个线圈产生500到1000安培电流，在所述环区域产生大约30千高斯或更高的磁场强度。
根据本发明的另一方面，使所述磁化线圈的一端逐渐收细，以便能紧凑地把线圈安排在充磁头内，从而使线圈的端部更接近要磁化的环，并且使得能更精确地定位和减小为达到所要求的磁化的对应的场强。
现在将参考附图，详细地描述本发明，附图中：
图1是有外静态会聚环的“电子枪一字形排列”类型的已知彩色CRT的概略的剖视图；
图2是用于磁化示于图1的类型的CRT的外环的磁化头的平面图，所述磁化头有八个磁化线圈；
图3和4分别是根据本发明的方法的一个实施例的、用于粗会聚步骤的、磁化线圈的电压和电流对于以毫秒为单位的时间的关系的图解说明；
图5和6是用于细会聚修正步骤的、类似于图3和4那样的图解说明；
图7是本发明的磁化装置的一个实施例的方框图；
图8是图7的磁化装置的一个通道的简化原理图；和
图9和10分别是图2的磁化头的各线圈之一的端视图和平面图。
图1是“电子枪一字形排列”类型的已知的彩色CRT的概略的剖视图。分别产生电子束8、9和10的三根电子枪5、6和7安装在玻壳1的颈部4内，所述玻壳1包括显示窗口2、漏斗形部分3和颈部4。电子枪5、6和7的轴线处在一个平面内，即画面的平面内。中心电子枪6的轴线基本上与管子轴线11重合。三根电子枪固定在套筒16内，而套筒16同轴地定位在颈部4内。显示窗口2在它的内表面有大量的三个一组的荧光条。每三个一组包括一条发绿光的荧光条、一条发蓝光的荧光条和一条发红光的荧光条。所有三个一组的荧光条一起构成显示屏12。荧光条垂直于画面。在显示屏12的前面配置有荫罩13，其上有电子束8、9和10通过的大量长形孔14。电子束8、9和10被偏转线圈系统15在水平方向(在画面内)和垂直方向(在与画面成直角的方向)偏转。把三电子枪5、6和7组装成它们的轴彼此之间构成小的角度。结果，所产生的电子束8、9和10以所述角度，即以所谓彩色选择角通过每一个孔14，并且每束电子束只打到一种颜色的荧光条上。
如果三电子束在不受偏转时基本上在显示屏的中心彼此交叉，则显像管就有好的静态会聚。可是，已经发现，静态会聚经常不好，仅仅从帧形状和色纯度就可以看到，这可能是电子枪装配和/或电子枪在管颈的密封不够精确的结果。为了产生静态会聚，至今，一直把外部调节修正装置加到管上。它们包括许多对由磁环构成的多磁极，例如四个二磁极(两个水平和两个垂直)、两个四磁极和两个六磁极。每对环用小齿轮传动连结在一起，依靠小齿轮传动，环彼此相对转动一个相等的角度。通过彼此相对转动和/或一起转动，就能调节二、四或六磁极场的强度和/或方向。显然，以这样的装置来控制显像管是复杂和耗时的。此外，这种修正装置是耗材料的，因为对于一个多磁极组合，起码需要八个环围绕着颈部，以便彼此相对转动。
根据本发明，用单个磁环17来代替这些手工调节的环，这单个磁环17如在此描述的那样，用粗和细会聚修正的两步方法来磁化。
为了将磁环17磁化，把八个线圈22布置成紧凑的圆图案而构成充磁头23，如图2所示。根据本发明的一个方面，使各线圈向内向充磁头23的中心逐渐变细，以便使各线圈的端部更靠近要磁化的环，从而使得能更准确地定位和降低要达到所要求的磁化的对应的场强。图9和10中更详细地示出线圈22中的一个和它的空气芯25。线圈22包括圆柱段27、29、31和33，它们有逐渐变小的直径。这四段的各匝线圈尺寸按顺序如下：10×16,8×4,6×4和4×4。
粗和细会聚修正的两步处理的原理是：每个制造过程可以表征为具有两类对标准的偏离：随机偏离和那些经过一段时间后会显现出明显的可计算的图案的偏离。在会聚的情况下，第二种偏离可表示为以对零偏离的正态的统计分布。本发明的粗会聚修正对这些可预料的误差进行修正。此外，在铁氧体磁环的情况下，粗修正改进了环材料的磁畴结构。然后，细修正能较容易地修正在粗修正后在CRT仍然可能剩下的任何的随机会聚误差。
图3和4分别图解说明根据本发明的磁化方法的一个实施例的、用于粗修正步骤的磁化头的每个磁化线圈的电压和电流对于时间的关系。正如从这些图所能看到的那样，用具有峰值电压440V和420A以及5毫秒持续时间的电脉冲来产生起始磁饱和脉冲。后来的有衰减的幅度和交替的极性的磁化脉冲用分别为330V,315A；247V,236A；和186V,177A的电脉冲来产生，而脉冲的持续时间也减小，但脉冲之间的时间间隔保持不变。这样，随后的磁化脉冲在铁氧体磁环17内感应出磁畴，此磁畴产生能提供所希望的电子束的粗会聚修正的磁场。
图5和6分别图解说明根据本发明的磁化方法的一个实施例的、用于细修正步骤的磁化头的每个线圈的电压和电流对于时间的关系。正如从这些图所能看到的那样，5V,5A的正直流偏置使得能够对所述磁畴进行调整，这导致所希望的细会聚修正。
现在参考图7，图中表示本发明的装置180的一个实施例的方框图，它包括：CCD电视摄像机190，用于测量CRT 290荧光屏上的会聚误差；视频处理器200，用于把电视摄像机信号转换成代表每种颜色在x和y方向上的会聚误差(例如在x方向上的蓝色误差=Bx，在x方向上的绿色误差=Gx等)的信号；中央处理单元(CPU)210，用于计算为修正测量到的会聚误差所需的磁化场；空气冷却的线圈单元280，用于把环磁化；变压器和电源240，用于向线圈单元280供电；电容器单元260，用于向线圈单元280提供高功率交流脉冲；热控负载控制单元，用于把功率从电容和直流单元引导到线圈单元280；模拟控制器220，用于把从CPU来的会聚误差修正磁场信息转换成电容单元260和直流单元250的模拟控制信号；和数字定时控制单元230，用于控制定时和磁化过程的顺序。负载控制单元270包括许多高功率小欧姆值的(小于1欧姆)电阻(每个线圈一个)，它们被安装在散热器上并被强制风冷。这些电阻用来限制电容放电期间流过线圈的电流。
图8中以原理图的形式示出八个线圈通道中的一个的电路。工作时，从电源240通过输入端I1把电容C充电到所希望的电平，以便在线圈22中获得把环磁化所需的磁场。由于伴随电容C放电的大功率浪涌，所以出现两个阶段的换向。首先，借助于CPU210、通过来自数字控制器230的控制信号将一对用于在一个方向(S1和S3，或S2和S4)上放电的可控硅整流器(SCR)开关闭合。然后，二极管D3和D4由来自数字控制器230的控制信号闭合。通过使SCR开关S1和S3闭合，电容C通过电阻R在一个方向上对线圈22放电，提供粗磁化所需的电流。通过使SCR开关S2和S4闭合，电容C在相反方向上对线圈22放电。二极管D1和D2防止电容C在相反方向充电。
从CPU 210经模拟控制器220来的在I2的模拟输入信号被送到运算放大器A1和A2，以及晶体管Q1和Q2，用于调节晶体管Q3和Q4的集电极电流，从而为细修正提供附加的电流。来自电源240的整流后的直流电流为晶体管Q3和Q4提供参考电压V+和V-。二极管D5和D6防止来自线圈22的高频振铃电流到达运算放大器A1和A2以及晶体管Q1-Q4。
已经用有限数目的实施例来描述了本发明。其它实施例和实施例的变化对于本专业的技术人员就变得显而易见了，而其它实施例和实施例的变化都将包括在所附的权利要求书的范围内。