Technique d'Ingeneur e5655

Toute reproduction sans a

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Tubes rayons cathodiques

par Alain COUSINIngnieur de lcole Suprieure dIngnieurs en lectrotechnique et lectronique (ESIEE)Responsable Marketing des produits Visualisation Thomson CSF. Division Outils Informatiques

1. Principes de base ..................................................................................... E 5 655 - 21.1 Formation du faisceau................................................................................. 21.2 Concentration du faisceau .......................................................................... 2

1.2.1 Concentration lectrostatique ........................................................... 21.2.2 Concentration lectromagntique..................................................... 2

1.3 Dviation du faisceau.................................................................................. 31.3.1 Dviation lectrostatique ................................................................... 31.3.2 Dviation lectromagntique ............................................................ 4utorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms E 5 655 1

e prsent article fait suite larticle [E 5 650] Restitution des images.Notions de base sur les crans concernant les paramtres photomtriques

et la rsolution.

1.3.3 Correction dastigmatisme................................................................. 51.3.4 Correction de gomtrie dimage ..................................................... 6

1.4 Luminophores.............................................................................................. 61.4.1 Caractristiques temporelles ............................................................. 81.4.2 Caractristiques colorimtriques ...................................................... 81.4.3 Caractristiques photomtriques ...................................................... 91.4.4 Stabilit et linarit des caractristiques.......................................... 9

1.5 Aluminisation............................................................................................... 10

2. Principaux types de TRC et utilisation .............................................. 102.1 TRC monochromes dviation lectrostatique........................................ 10

2.1.1 TRC pour oscilloscopie et instrumentation ...................................... 102.1.2 TRC pour oscilloscopes mmoire .................................................. 102.1.3 TRC pour moniteurs dviation lectrostatique ............................. 10

2.2 TRC monochromes dviation lectromagntique ................................. 102.2.1 TRC monochromes pour application la tlvision........................ 102.2.2 TRC monochromes pour application radar et commande-contrle 11

2.3 TRC couleurs pntration ........................................................................ 112.4 TRC couleurs masque .............................................................................. 12

2.4.1 Doming ................................................................................................ 122.4.2 crans non sphriques....................................................................... 122.4.3 Masque tendu ..................................................................................... 132.4.4 Convergence ....................................................................................... 132.4.5 Structures du masque ........................................................................ 132.4.6 Tube masque avec lentilles de concentration ............................... 14

2.5 TRC couleurs index................................................................................... 142.6 TRC spciaux : TRC pour enregistrement photographique ..................... 152.7 Mthodes damlioration de contraste particulires aux TRC................. 15

2.7.1 Matrice noire (black matrix)............................................................... 152.7.2 Luminophores pigments.................................................................. 15

Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. E 5 662

L

TUBES RAYONS CATHODIQUES _________________________________________________________________________________________________________

TouteE 5 655 2

1. Principes de base

Un tube rayons cathodiques (TRC) est constitu dune sourcedlectrons produisant un faisceau qui est acclr et focalis avantde venir bombarder un cran constitu dune couche de lumino-phores dpose sur une face transparente. Les lments constitutifs(filament, cathode, lectrodes et ventuellement plaques de dvia-tion) sont placs lintrieur dune enceinte vide.

Une image peut tre obtenue sur la face de lcran en dviant lefaisceau soit lectrostatiquement laide dlectrodes situes lintrieur du col du tube, soit lectromagntiquement laide debobines montes autour du col

1.1 Formation du faisceau

La source dlectrons est constitue par une cathode oxydesalcalinoterreux, chauffe par un filament. Lmission thermoioniquedlectrons est stimule par un champ lectrique cr entre lacathode et llectrode dacclration.

Une grille de commande (wehnelt), constitue par une coupellemtallique entourant la cathode et prsentant un petit trou dans laxedu tube, permet de modifier le champ lectrique et de contrlerlintensit des lectrons faisceau, et finalement la l

1.2 Concentratio

La concentration (ou focajeu de lentilles lectrostatlectrodes extrmes sont terminale (cran luminescelectrodes intervient dans cplus les lectrons sont rap

1.2.1 Concentration

Les trajectoires des concentration lectrostatiqdun faisceau lumineux travdiffrents n1 , n2 , n3 (figur

Il existe deux types de contension (figure 2) qui permesimple, lautre haute tensiplus fin et, par consquent

Un systme hybride, combasse tension et haute teune correction de concentrales tubes haute rsolutconcentration dus aux difffaisceau venant frapper le de concentration dynamiqution de la position du spot cette concentration dynamet plus uniforme entre le cdonne un exemple de conde commande variant de 20

Figure 1 Concentration lectrostatique reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms

mis et par consquent le courant deuminance de limage sur lcran.

n du faisceau

lisation) du faisceau est assure par uniques ou lectromagntiques, dont lesconstitues par la cathode et lanodent). La diffrence de potentiel entre cesette concentration : plus elle est leve,

ides et meilleure est la rsolution.

lectrostatique

lectrons traversant un champ deue (figure 1a) sont comparables cellesersant les milieux dindices de rfractione 1b).centration lectrostatique : lune basset dutiliser un circuit de polarisation plus

on (figure 3) qui permet dobtenir un spot, une meilleure rsolution spatiale.

binant les lentilles de concentration nsion (figure 4), est utilis pour fournirtion dynamique. Ce systme, utilis dansion, permet de corriger les carts derences de longueur des trajectoires ducentre ou le bord de lcran. Llectrodee g4 reoit une tension variable en fonc- par rapport au centre de lcran. Grceique, on obtient une rsolution meilleureentre et le bord de lcran. La figure 5

centration dynamique avec une tension0 V 500 V suivant une loi parabolique.

1.2.2 Concentration lectromagntique

Dans les systmes de concentration lectromagntique (figure 6),une bobine est monte autour du col du tube, juste aprs le canon lectrons (figure 7). Une bobine dalignement situe prs du plandu trou de la grille de commande peut tre utilise pour aligner dunefaon prcise le faisceau lintrieur de la bobine de concentration.

Figure 2 Canon concentration lectrostatiquebasse tension (lentille unipotentielle)

Figure 3 Canon concentration lectrostatiquehaute tension (lentille bipotentielle)

_________________________________________________________________________________________________________ TUBES RAYONS CATHODIQUES


Le courant I dans la bobine de concentrarelation :

avec n nombre de spires dans la bobine,

f longueur focale de la bobine,

V0 tension de llectrode dacclrati

La constante k qui entre dans cette formugomtrie de la bobine. Bien que le systmetromagntique fournisse un spot plus ficoncentration lectrostatique, sa consommament peuvent prsenter des inconvnients t ions . Dans cer ta ins cas , la bobinelectromagntique peut tre remplace paravec un rglage possible du champ magnt

Une correction de concentration dynamique peut tre effectuepar une bobine supplmentaire de quelques spires ct de labobine principale.

Figure 4 Canon double concentration lectrostatique(lentilles unipotentielle et bipotentielle)

Figure 5 Concentration dynamique lectros

Figure 6 Canon concentration lectromag

I 1n-----V0f

-------- k=

Figure 7 Concentration lectromagntiqueutorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms E 5 655 3

tion est donn par la

on.

le ne dpend que de la de concentration lec-n que le systme detion et son encombre-

pour certaines applica- de concentra t ion

un aimant permanentique.

1.3 Dviation du faisceau

1.3.1 Dviation lectrostatique

Un lectron dnergie eV0 , se dplaant dans un champ lectriquedintensit V /a perpendiculaire sa trajectoire initiale (V tant ladiffrence de potentiel entre plaques de dviation), voit sa trajectoiredvie sur lcran dune distance d (figure 8) :

avec distance entre le centre des plaques et lcran,

b longueur des plaques,

a distance entre plaques.

Afin dobtenir une sensibilit de dviation convenable,lnergie eV0 est choisie assez faible. Il peut en rsulter, aux grandesvitesses de balayage, une faible luminance de trace et une finessede spot insuffisante.

Un premier compromis a donc consist ajouter un champdacclration supplmentaire, produit par une spirale rsistivedpose lintrieur de lampoule, aprs les plaques de dviation(figure 9). Cette spirale, porte un potentiel de plusieurs kilovolts,constituait la premire technique de postacclration. Cependant,en mme temps quelle acclre les lectrons pour donner un spotplus brillant, la spirale incurve le faisceau vers laxe du tube, doune perte de sensibilit de dviation. Le coefficient de compression(*), qui varie de 0,6 0,8, fait que cette premire technique taitutilise seulement pour les tubes dimensions dimage rduites.

(*) Le coefficient de compression est dfini comme le rapport de la dviation avecpostacclration, ce quelle serait sans postacclration.

Une deuxime tape a consist utiliser une grille de champ planeplace juste aprs les plaques de dviation (figure 10) et remplacerla spirale par une couche conductrice maintenue un potentielVpA denviron 15 kV. Cette technique permet de crer un champ depostacclration intense entre la grille et les parois du tube. tantdonn la forme des quipotentielles, leffet de compression est plusfaible que dans le cas des tubes spirale. Cependant, comme leslectrons ne traversent pas normalement la grille et les quipoten-tielles, leffet danticompression nest pas constant et dcrot en faitvers le centre de lcran.

tatique

ntique

d b2a---------

VV0--------=


TouteE 5 655 4

Cet inconvnient peut forme de dme soigneusemeffet damplification de dvseulement une image plustrons, mais encore une mei

Dans la technique actuelque les trajectoires ne travsur toute sa surface. Les llamplification de dviationfait que la dviation ne slcran. Ces TRC sont appchamp en dme. Un desscoupe du faisceau et de la

La capture ou la diffractchamp peut lgrement dimle diamtre rel du spot (ef

uvre une technique diffrente, base sur les lentilles quadrupo-laires, pour raliser des TRC destins loscilloscopie trs hauteperformance. La figure 13 montre les trajectoires du faisceau dansles plans X et Y, tandis que la figure 14 donne une vue en perspectivesimplifie.

1.3.2 Dviation lectromagntique

Un lectron dnergie eV0 dans un champ magntique

Figure 8 Dviation lectrostatique

Figure 9 Postacclration

Figure 10 Postacclratio

Figure 11 Postacclration avec grille de champ en dme reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms

tre surmont en donnant la grille uneent profile. Elle produit dans ce cas uniation (figure 11). On obtient alors non

brillante grce lacclration des lec-lleure sensibilit de dviation.

le, la grille est profile de telle manireersent pas la grille sous le mme anglegres variations qui en rsultent dans compensent dans une large mesure leeffectue pas au centre de courbure deels tubes lectrostatiques grille dein dtaill (figure 12) donne la vue en structure de canon.

ion de certains lectrons par la grille deinuer la luminance de trace et augmenterfet de halo). Cest pourquoi on a mis en

(figure 15), subit une dviation dfinie par la relation :

avec B = 0H ( 0 = 4 107 H/m), H champ magntique,

B induction magntique (B = kni , avec k coefficient dpen-dant de la gomtrie et de la position des bobines dedviation, i courant dans les bobines, n nombre de spires).

soit v vitesse des lectrons

o V0 est la tension de lanode dacclration,

e la charge de llectron,

m la masse de llectron ;

soit

De cette expression on peut dduire les relations suivantes : entre le courant i dans la bobine et langle de dviation :

sin = k1 i

entre le courant dans la bobine et la tension dacclration (dviation constante) :

entre le courant i dans la bobine et la longueur de la bobine( dviation constante) :

En pratique, la dviation lectromagntique est utilise pour lesapplications dans lesquelles une bonne rsolution est exige descourants de faisceaux levs et grand angle de dviation (cas dela tlvision, par exemple : spot de diamtre 0,6 mm, pour un courantcathodique de 1 mA et un angle de dviation de 90o).

de type spirale

n avec grille de champ plane

sin sin r----

Bv

---------

em-----= = =

v 2 V0em-----=

sin kni 12 V0-------------em----- =

i k 2 V0=

ik 3

--------=



1.3.3 Correction dastigmatisme

Tous les systmes de dviation introduiscependant, avec la dviation lectromagntigeable dans la plupart des applications usu

Figure 12 Canon lectrostatique avec ampl

Figure 13 Canon lectrostatique avec amplutorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms E 5 655 5

ent de lastigmatisme ;que, cet effet est ngli-elles.

Par contre, une correction est essentielle pour les tubes dviationlectrostatique. Elle est obtenue en ajoutant un jeu dlectrodes entreles systmes de concentration et de dviation. Ces lectrodes sontutilises pour dformer dessein la section du faisceau avant dvia-tion, de telle faon que la distorsion dlibrment cre annulelastigmatisme engendr par le systme de dviation.

ification de dviation en dme

ification de dviation par lentilles quadrupolaires


TouteE 5 655 6

1.3.4 Correction de g

Cette correction est esseutilise. La cause principalela forme de lampoule : le clcran est plan) ne concidrsulte une distorsion, en f

Dans le cas des tubes dniques diffrentes peuventmtrie.

Dans la premire, utiliseet les quipements de qualemployes pour une correcoussin. Des petits aimantsautour du col pour affiner ldgrade.

Dans la seconde techniqchamp uniforme, la correpermanents placs devant lsimple, peut savrer difficilde plus, la prsence, proxdes problmes pour le posilgrement meilleure que c

Dans la troisime techniforme avec, en plus, une bquatre ples correspondanse rapproche de la deuxim

La technique la plus satisfaisante, quant la prcision et la rso-lution, consiste insrer un amplificateur ou un circuit correcteurspcial entre la source de signal et lamplificateur de dviationprincipale. Ce dispositif supplmentaire dforme le signal dentrede faon compenser les distorsions gomtriques dues au tube.Dans certains cas dutilisation, la mise en uvre elle-mme peutintroduire des distorsions de gomtrie (distorsion en trapze dessystmes de projection par exemple). Dans ce dernier cas, on utiliseune bobine de dviation auxiliaire, place entre le canon lectronset la bobine de dviation principale, qui est pilote par un dispositiflectronique dlivrant les signaux de correction adquats.

Le fait que le centre de courbure de lcran ne concide pas avecle centre de dviation soulve encore un autre problme. Enbalayage tlvision, un signal en dent de scie linaire fait dvier lefaisceau vitesse angulaire constante ; mais la vitesse linaire duspot varie suivant la position, ce qui entrane une variation de la lumi-nance du spot sur lcran. Cette non-uniformit est corrige lec-troniquement en utilisant une dent de scie non linaire prsentantune forme de S, do le nom de correction en S .

Dans les tubes dviation lectrostatique, des lectrodesspciales de correction de gomtrie sont utilises pour modifier leschamps de dviation principale.

Figure 14 Dviation (X, Y) du faisceau lectronique

Figure 15 Dviation lect reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms

omtrie dimage

ntielle quel que soit le type de dviation de la distorsion gomtrique rside dansentre de courbure de lcran (surtout sie pas avec le centre de dviation. Il enorme de coussin, de limage sur lcran.

viation lectromagntique, quatre tech- tre utilises pour la correction de go-

pour les tlviseurs usage domestiqueit moyenne, des bobines spciales sontction approximative de la distorsion en permanents peuvent aussi tre montses rglages, mais la rsolution se trouve

ue, on utilise des bobines produisant unction tant effectue par des aimantsa bobine. Cette mthode, thoriquemente pour tre mise en uvre correctement ;imit, de parties mtalliques peut causertionnement de laimant. La rsolution estelle obtenue avec la premire technique.

que, on utilise des bobines champ uni-obine spciale de correction prsentantt aux axes de dviation. Cette techniquee, mais donne des rsultats plus prcis.

1.4 Luminophores

Le terme de luminophores (appels phosphors en anglais) dsigneles matriaux utiliss pour la fabrication des crans luminescents.Les luminophores sont des matriaux qui mettent de la lumirequand ils sont excits par une nergie radiante telle que celleprovoque par la lumire visible, les rayons X, les lectrons, etc.

Les luminophores utiliss dans les TRC sont excits par deslectrons ; ils sont constitus par des lments chimiques tels quele zinc, le cadmium, le tungstne, le silicium, les terres rares,combins au soufre, loxygne, aux halognes, avec, en quantitcontrle, des impurets telles que argent, cuivre ou manganse.

Lorsque lon excite un luminophore par un faisceau dlectrons,deux types de luminescence sont observs : la fluorescence pendantla priode dexcitation et la phosphorescence aprs cessation delexcitation. La couleur peut parfois varier dun phnomne lautre.

Les luminophores utiliss dans les TRC peuvent se ranger parmiles quatre types suivants :

les luminophores un seul composant, utilisant des cristauxdun seul matriau luminescent, ils sont utiliss pour les tubesmonochromes ;

les luminophores composants multiples, utilisant un mlangede cristaux de plusieurs matriaux luminescents ; lexemple typiqueest donn par le type P4 utilis en tlvision noir et blanc, o le blancest obtenu par synthse additive des missions en bleu et en jaune ;

les luminophores pour crans en cascade , composs dedeux luminophores dont lun est excit par les lectrons (cathodo-luminescence) et lautre par la lumire mise par le premier(photoluminescence) ; la fluorescence est la somme des deuxcouleurs mises par chaque luminophore ; la phosphorescence estcelle du luminophore photoluminescent qui est choisi pour avoir laplus grande persistance ; le luminophore P7, trs souvent utilis pourla prsentation dimage radar, donne un cho bleu persistancecourte et une queue en jaune ;

les luminophores pour crans pntration, qui sont des lumi-nophores composants multiples ; les variations de couleur, depersistance ou des deux la fois sont obtenues par variation de latension dacclration.

Il existe une liste de luminophores normaliss par le JEDEC(Joint Electron Devices Engineering Committee) ; elle est prsentesur le tableau 1

(0)

romagntique



Tableau 1 Luminophores standards (JEDEC)

TypeFluorescence

Phosphorescence Couleur

Persistance (10 %)

10 % rsiduel (figure 16)

Coordonnes CEI au maximum

de distribution spectrale

Applications principales

x y (nm)

P 1 Vert Moyenne 22 ms 0,218 0,712 525 Tubes de visualisation dusage gnral

P 2 Vert jauntre Moyenne 100 s 0,279 0,534 535 Oscillographes et consolesP 4 Blanc Assez courte 20 s

60 s0,270 0,300 460

560Tlvision

P 7Bleu Assez courte 50 s 0,151 0,032 440

Radar et oscillographieJaune-vert Longue 0,35 s 0,357 0,537 555

P11 Bleu Courte 65 s 0,139 0,148 460 Enregistrement photographiqueP19 Orange Longue 9 s 0,582 0,416 595 Radar

P20 Jaune-vert Assez courte

Bleu Assez courte

Vert

Rouge

P24 Vert Courte

P25 Orange Moyenne

P26 Orange Trs longue

P27 Rouge orang Moyenne

P28 Jaune-vert Longue

P31 Vert Assez courte


P36 Jaune-vert Trs courte

P37 Bleu Trs courte


P39 Vert Longue

P40 Blanc Moyenne

P43 Vert jauntre Moyenne


P45 Blanc Moyenne

P46 Vert jauntre Trs courte

P47 Bleu Trs courte

P48 Jaune-vert Trs courte

P52 Bleu-violet Assez courte


P55 Bleu Assez courte

P56 Rouge Moyenne

(1) En attente de spcification JEDEC.

d

B

P22G

Rutorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms E 5 655 7

2 ms 0,426 0,546 560

Tubes mmoire et entretien dimage, Intensificateurset convertisseurs dimageTubes de visualisation

40 s 0,146 0,052 450 Photographie rapide Convertisseurs dimage

40 s 0,218 0,712 516 Tubes couleurs1 ms 0,674 0,326 630

2 s 0,245 0,441 510 Flying spot45 ms 0,557 0,430 610 Radar

9 s 0,582 0,416 595 Radar

27 ms 0,674 0,326 635 Tlvision couleur

0,5 s 0,370 0,540 550 Radar

40 s 0,193 0,420 520 Tubes entretien dimage. Tubes de visualisation et oscillographie

6 s 0,559 0,440 587,5 Radar

0,25 s 0,400 0,543 550 Flying spot0,16 s 0,143 0,208 470 Flying spot. Enregistrement

photographique

1 s 0,561 0,437 600 Poudre anti-scintillement. Balayage faible rcurrence dimage

350 ms 0,223 0,698 525 Poudre anti-scintillement. Balayage rcurrence moyenne dimage

150 s 0,276 0,311 440/ 545 Prsentation dimagespeu mobiles

1,2 ms 0,282 0,512 542Tube de visualisation

1,2 ms 0,300 0,596 550

1,5 ms 0,253 0,312 388 Tlvision

0,15 s 0,365 0,595 525 Flying spot. Enregistrement photographique

0,08 s 0,166 0,101 4000,125 s 0,365 0,474 400 Flying spot. Enregistrement

photographique couleurs

28 s 0,157 0,075 400 Enregistrement photographique7 ms 0,368 0,539 544 Visualisation haute brillance.

Projection

(100 s) (1) 0,150 0,070 450 Projection(3 ms) (1) 0,640 0,033 5 615 Projection


TouteE 5 655 8

En pratique, les luminophores sont dfinis par les trois caract-ristiques suivantes :

les caractristiques temporelles, donnant la rponse, dans letemps, dun luminophore lexcitation et la cessation de lexci-tation des lectrons ;

les caractristiques colorimtriques, donnant principalementla couleur mise ;

les caractristiques photomtriques ou nergtiques, donnantla quantit dnergie lumineuse en fonction de lexcitation.

1.4.1 Caractristiques temporelles

Lorsque lon excite un luminophore par un faisceau dlectronspendant un temps t0 (figure 16) :

la luminance de lcran crot jusqu une valeur Ls pendant letemps de monte tm puis se stabilise cette valeur jusqu cessa-tion de lexcitation ; cest le phnomne de fluorescence ; on dfinitle temps de monte par la valeur tm (90 %) correspondant 90 %de la luminance maximale Ls ;

aprs cessation de lexcitation, la luminance dcrot suivantune loi hyperbolique ou exponentielle, cest le phnomne dephosphorescence ; on dfinit les persistances d (10 %) et d (1 %)correspondant 10 % et 1 % de Ls ; ces deux valeurs permettentde bien situer la chute rapide de luminance, donne par (10 %)et le tranage, donn par

Les deux valeurs de pelexcitation se fait pendasaturation Ls ne soit pas atrpte une frquence sudaccumulation par le rapp

Lc1 luminance crte a Lc n luminance crte a

En gnral, la valeur tm (que d (10 %).

Lexcitation priodique dchissement de limage, pefrquence se trouve infrieception du scintillement (flscintillement dpend princ

du niveau dclaireme du taux de modulatio

1.4.2 Caractristique

Pour les luminophores dle spectre visible, on dfinitlumineuse par les coordonnde chromaticit CIE. Ces dcourbe dmission spectrapour les luminophores mou dans le cas o un filtrcontraste. Les luminophoexemple) se prtent bien

Il faut noter que des lspectrales diffrentes petrichromatiques ; dans ce caeffectivement la mme.

partir de la courbe de rdonde m correspondant Pour les luminophores bfigure 20), la multiplicit dfinir m . La valeur m trcas o il faut adapter la rpographique par exemple)

Figure 16 mission lumineuse dun luminophorepar bombardements dlectrons reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms

dd (1 %).

rsistance sont beaucoup plus faibles sint une dure telle que le niveau deteint. Dans le cas dune excitation brveffisante (figure 17), on dfinit un facteurort Ac = Lc n /Lc1 avec :tteinte la fin de la premire impulsion ;tteinte la fin de la n ime impulsion.

90 %) est du mme ordre de grandeur

u luminophore, la frquence de rafra-ut tre perue par lil humain si cetteure une valeur limite. Il y a alors per-icker ) de lcran. La frquence limite deipalement (figure 18) :nt de la rtine de lobservateur ;n de la luminance de lcran.

s colorimtriques

onnant une cathodoluminescence dans commodment la couleur de lmissiones trichromatiques dans le diagramme

onnes peuvent tre compltes par lale (figures 19 et 20), qui est ncessaireettant dans lultraviolet ou linfrarouge,e slectif est utilis pour amliorer leres bande spectrale troite (P43 par lemploi de filtres slectifs.

uminophores ayant des rpartitionsuvent avoir les mmes coordonness, limpression visuelle de la couleur est

ponse spectrale, on dfinit la longueurau maximum de lmission lumineuse.ase de terres rares (par exemple P43,

des pics dmission ne permet pas deouve son intrt principalement dans lense spectrale dun dtecteur (film photo-lmission du luminophore.

Figure 17 Phnomne daccumulation

Figure 18 Courbes de De Lange pour diffrents niveaux dclairement de la rtine



1.4.3 Caractristiques photomtr

Le rendement lumineux Rt (L ) est une cartale pour les luminophores dutilisation clanombre de lumens mis par watt dexcitationeux permet de dfinir la luminance de lcraconditions dutilisation du tube (THT, couran

Le rendement nergtique R t (E ) estintrinsque du luminophore et dfinit le rapmise lnergie dexcitation. Les luminophonergtique sont ceux base de sulfures, t

Lquivalent lumineux Eq (L ) tablit la lnergie totale mise et lnergie lumineuselumens par watt mis. Il est fonction de la cdu luminophore.

Ces trois valeurs sont relies entre elles p

Rt (L ) = Rt (E ) Eq (L )

Le tableau 2 donne les rendements typiques de certains lumino-phores. Des carts notables peuvent tre observs par rapport ces chiffres, selon les conditions de luminance et de rsolutionrecherches. (0)

Figure 19 Caractristique dmission spectraledu luminophore type P20

Figure 20 Caractristique dmission spectdu luminophore type P43

Tableau 2 Rendements de quelques luminophores

LuminophoreRt (L) Rt (E) Eq (L)

( lm / W) (%) (lm / W)

P1 35 7,5 470

P 2 49 10 490

P 11 11 10 110

P 19, P 26 9 2,3 390

P 20 67 14 480

P 22 R 12 8 150

P 22 V 60 15 400

P 31 50 20 250utorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms E 5 655 9

iques

actristique fondamen-ssique. Il sexprime enn. Le rendement lumi-n dun TRC partir dest de faisceau).

une caractristiqueport de lnergie totaleres grand rendement

els que P20, P22, P31.

correspondance entre visible et sexprime enaractristique spectrale

ar la relation :

1.4.4 Stabilit et linarit des caractristiques

Les caractristiques des luminophores se modifient dans le temps,en fonction du vieillissement. Elles peuvent aussi tre affectes parles courants de faisceau levs.

En fonctionnement, les caractristiques telles que luminance,persistance, voluent dans le temps ; cette volution, fonction de lacharge lectrique de lcran, est diffrente suivant le luminophoreconsidr. En rgle gnrale, la chute de luminance relative est de laforme :

avec Q charge intgre (en C /m2) reue par lcran durant sonfonctionnement,

k constante gale 1/Q0,5 .

Le tableau 3 donne Q0,5 , la charge intgre (en C/cm2) reue

par lcran, pour laquelle la luminance a diminu de 50 %.

(0)

La dure du fonctionnement a une influence plus faible sur lapersistance. En rgle gnrale, une charge intgre dcran de100 C/m2 entrane une diminution de d (10 %) de 20 30 % pourla plupart des luminophores.

La linarit des caractristiques, en particulier le rendement lumi-neux, en fonction de la densit de courant nest en gnral pas assu-re pour des densits de courant suprieures 5 A/cm2 .

rale

P 43 41 11 370

Tableau 3 Charge intgre Q0,5pour quelques luminophores

LuminophoreQ 0,5

(C/cm2)

P 16 (activ au crium) 0,1

P 2, P 4, P 7, P 31 (sulfure) 10 25

P 5, P 15 (type oxyde) 15 30

P 1 (type silicate) 100

P 49 (type pntration) 100

LL0-------

11 kQ+-------------------=


TouteE 5 655 10

1.5 Aluminisation

La technique daluminisation est souvent utilise pour amliorerla luminance de lcran. Elle consiste dposer une mince couchede mtal, le plus souvent de laluminium, sur la surface de lumino-phore ct canon lectrons. La lumire mise vers lintrieur setrouve, de ce fait, rflchie vers lobservateur par cette surface jouantle rle dun miroir.

Pour les applications denregistrement photographique, lalumi-nisation prsente en plus lavantage dviter que le film ne soitvoil par la lueur de la cathode. Laluminisation nest pourtant pasdune grande utilit pour les tubes ayant une tension dacclrationinfrieure 5 kV, le gain en luminance due la rflexion tantlargement compens par la perte due labsorption dnergie dufaisceau par le film mtallique.

2. Principaux types de TRCet utilisation

2.1 TRC monochr dviation

2.1.1 TRC pour oscil

Les tubes de cette famillpassante (100 MHz 1 GHztion. Pour les tubes de mofication de dviation avec ucouramment utilise. Cette nique des grilles en dme (quadrupolaires. Cette dernide dviation (quelques Vlencombrement du tube.

Une dernire amlioratioscopes en utilisant une techdimage. Ces dispositifs estructure de microcanaux, menter le courant de faisceluminance de limage dansfois).

Enfin, bien que non spcde loscilloscopie, lutilisatioun oscilloscope peut tre sniques radar, impliquent charge lectrique sur une cfaisceau dlectrons ou parnotablement le courant laugmentation de sensibilisitif hybride, utilisant une ciaugmenter la rponse enpratique, la frquence limite vision directe les plus pertechnique.

2.1.2 TRC pour oscil

Les tubes pour oscilloscfonctions habituelles des tuune fonction mmoire, quvisibles directement sur l

La technique couramment utilise est celle de la grille transfertqui conserve, sous forme de charges lectrostatiques, la mmoiredu passage du faisceau dlectrons. La visualisation est obtenue enmettant un flux uniforme dlectrons faible nergie qui serontcapables de franchir la grille transfert uniquement aux emplace-ments qui auront t illumins par le faisceau dinscription. Deseffets de persistances variables sont possibles en contrlant ladcharge de la grille transfert.

2.1.3 TRC pour moniteurs dviation lectrostatique

Grce lamplification de dviation par la grille en dme( 1.3.1), les TRC de cette famille prsentent des angles de dvia-tion importants (jusqu 90o), quivalents ceux des tubes pourmoniteur dviation lectromagntique.

Bien que lemploi de la dviation lectrostatique permette derduire considrablement la puissance des amplificateurs de dvia-tion et doffrir des caractristiques de bande passante trs sup-rieures celles des TRC dviation lectromagntique, leur emploiest rest trs limit compte tenu du dveloppement industriel de latlvision. reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms

omeslectrostatique

loscopie et instrumentation

e sont caractriss par leur large bande) et leur excellente sensibilit de dvia-

yennes et hautes performances, lampli-ne tension de postacclration leve estamplification est ralise soit par la tech- 1.3.1), soit par la technique des lentillesre, qui donne les meilleures sensibilits cm1 ), permet en outre de rduire

n a t apporte aux tubes pour oscillo-nique venant des tubes intensificateursmploient une platine, prsentant uneplace proximit de lcran pour aug-au, et qui augmente par consquent la de grandes proportions (jusqu 1 000

ifiquement dvelopp pour les besoinsn dun tube convertisseur dimage dansignale. Ces dispositifs, issus des tech-

un faisceau dcriture qui dpose uneible. Cette cible est lue par un second une technique quivalente. En rduisantde faisceau et langle de dviation,t du faisceau dcriture dans un dispo-ble ltat solide, peut considrablement frquence de loscilloscope. Dans la de 1 GHz, atteinte pour les oscilloscopes

formants, a t porte 7 GHz avec cette

loscopes mmoire

opes mmoire possdent, outre lesbes pour oscilloscopie conventionnelle,i permet lenregistrement de signaux

cran.

2.2 TRC monochromes dviation lectromagntique

2.2.1 TRC monochromespour application la tlvision

Compte tenu de lvolution des TRC vers la tlvision en couleurs,peu dinnovations concernant les tubes monochromes ont eu lieuaprs 1960, lexception des techniques de miniaturisation destinesaux applications de tlvision portable. Parmi ces innovations, onpeut citer les TRC plats utiliss dans les tlviseurs de poche.

Les premiers tubes TV dvelopps prsentaient un cran rond depetite dimension (30 cm de diamtre) et utilisaient une focalisationmagntique ; ils taient directement extrapols des TRC utiliss pourles radars. Les progrs raliss dans le travail du verre ont permisdaboutir, dans les annes 50, aux TRC existant aujourdhui,cest--dire des crans rectangulaires, au format 4/3, dont la diago-nale varie de quelques centimtres jusqu une soixantaine decentimtres.

Par ailleurs, de constants progrs techniques ont permisdaugmenter langle de dviation (de 70 110o), daugmenter la lumi-nance grce laluminisation de lcran et une tension dacclrationplus leve (de 6 20 kV), de rduire la puissance du systme dedviation en diminuant le diamtre du col du tube (de 36 29 mm) ;la focalisation est maintenant de type lectrostatique.

Des versions trs haute rsolution des tubes TV monochromesont t dveloppes pour des applications professionnelles, commellectronique mdicale (visualisation dimages de radiographiesrayons X) ou la bureautique (terminaux avec cran au format A4 ouA3 et une rsolution de 8 10 points au mm). Ces tubes sediffrencient des TRC standards par leur canon lectrons (focali-sation lectrostatique haute tension).

La visualisation dimages de trs haute dfinition conduit descaractristiques de llectronique de commande du tube quelquefoisdifficiles raliser : par exemple, un systme de dviation horizontalfonctionnant 300 kHz et un amplificateur vido de plus de 1 GHzde bande passante, pour un affichage de 3 000 lignes de 4 000 points 60 Hz. Dautre part, la plus grande vitesse de dplacement du spotrduit la luminance du tube.

Pour pallier ces inconvnients, le TRC multifaisceaux a t invent.Un exemple est donn sur les figures 21 et 22. La possibilit detracer n lignes (dans la pratique 4 16) simultanment permet dediviser par n la frquence ligne et la bande passante vido.



La grande difficult de cette technique est de conserver la sur-face de pixels sans distorsion travers le systme de dviation. Eneffet, de petites distorsions peuvent crer des erreurs de raccorde-ment dans le trac qui sont extrmement gnantes pour lilhumain. Cette technique fait lobjet dtudes dans quelques labora-toires et il ne semble pas que des utilisations industrielles soientdveloppes rapidement.

2.2.2 TRC monochromes pour application radaret commande-contrle

Ces applications demandent des crans de grande dimension(crans ronds de 50 60 cm de diamtre), prsentant un rayon decourbure trs important (cran quasiment plan) ainsi quune hautersolution.

Ces TRC utilisent trs souvent la technique du cne mtallique,dans laquelle la face avant et le col, tous deux en verre, sont rap-ports sur une structure mtallique conique, qui est porte aupotentiel de la tension dacclration. Trois types de concentrationdu faisceau peuvent tre utiliss suivant la performancerecherche : concentration lectrostatique basse tension, lectros-tatique haute tension, lectromagntique (par ordre defficacitcroissante).

Une grande varit de luminophores senature de lapplication :

monochrome haute luminance (P 53tations alphagraphiques ;

monochrome persistance moyenne P 28, P 38) pour la prsentation dimages ra

Contrairement la catgorie prcdente qgrande quantit, ce deuxime type de TRCmanire artisanale, et il est relativement factube sur spcifications particulires.

On peut remarquer quelques ralisations les tubes fentre arrire permettan

fentres optiques, de projeter sur la face interprovenant dun projecteur de diapositives p

les tubes deux cols, possdant ainsi det deux systmes de dviation indpendantlinscription simultane de deux images de

2.3 TRC couleurs pntrat

Les crans pntration sont, linverseconstitus non pas dun seul luminophore, mnophores que lon peut exciter sparmenphores ayant des caractristiques spcifiqufonction diffrente.

Le principe de fonctionnement des luminotube pntration est montr sur la figure dont les caractristiques colorimtriques odeux) sont diffrentes, sont spars par uneparente dun matriau dilectrique non lum

des tensions dacclration faibles, sephore est excit par le faisceau dlectronsristiques photocolorimtriques (couleur,persistance) propres ce type de luminodacclration plus leves, les deux lumincependant, la majeure partie de lnergie second, les caractristiques dominantes sonluminophore. Aux tensions intermdiaires, tante est constitue par le mlange des flluminophores.

Figure 21 Exemple de gomtrie dun TRC multifaisceauxutorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms E 5 655 11

ront utiliss suivant la

vert) pour les prsen-

ou longue (P 19, P 25,dar.

ui est fabrique en trs est plutt fabriqu deile de faire raliser un

spciales :t, grce une ou deux

ne de lcran une imagear exemple ;eux canons lectronss ; ce dispositif permetnatures diffrentes.

ion

des crans standards,ais de plusieurs lumi-

t, chacun des lumino-es et rpondant une

phores utiliss dans un23. Les luminophores,u temporelles (ou les couche barrire trans-inescent.

ul le premier lumino-, donnant des caract- rponse spectrale,phore. des tensionsophores sont excits ;tant absorbe par let celles fournies par cela luminescence rsul-uorescences des deux

En conclusion, la variation de couleur ou de persistance, ou lesdeux la fois, est obtenue par simple variation de la tensiondacclration applique au TRC.

Les TRC pntration sont principalement utiliss dans lesapplications suivantes :

consoles radar, en version bipersistance : longue persistancepour la vido radar et persistance courte pour les informationssynthtiques (graphismes, textes, etc.) ;

Figure 22 TRC multifaisceaux, avec les dispositifsde commande magntique

Figure 23 Luminophores pntration


TouteE 5 655 12

applications aux systmes aroports, pour lesquels lescaractristiques de robustesse, de haute luminance et de hautersolution sont apprcies.

Remarque : la gnralisation de lemploi des techniques tlvi-sion tend limiter lusage des tubes pntration pour les applica-tions nouvelles, la prfrence tant donne aux tubes couleurs dutype masque ( 2.4), index ( 2.5) ou aux crans plats.

2.4 TRC couleurs masque

Le principe de slection des couleurs du tube masque (shadowmask en anglais) est relativement simple (figure 24), et cettesimplicit a t la base de son succs, en dpit de lnorme pertednergie dans le masque proprement dit. En effet, environ 80 % deslectrons mis par les canons sont intercepts par le masque. Lerendu des couleurs sur un tube masque est actuellement lun desmeilleurs, compte tenu des caractristiques des luminophores dis-ponibles.

Bien que la technique du tube masque soit parfaitementmatrise, il subsiste encore quelques problmes.

2.4.1 Doming

Un des problmes les pphnomne de doming . Il e lchauffement provoqudilatation provoque un maude dposition des luminopde position dimpact des puret (la couleur blanche est corrige dans son ensemdispositif compense le dpavant, de faon que le poin(figure 25). Ce dcalage eressort du type bilame quientre le masque et le verre

Toutefois, basse ou hpeuvent apparatre, dus aution du verre et du ressort.ger ce type derreur, est lequi ragit directement en entre le masque et le verrependiculairement au rayoment des ouvertures du mfaisceau dlectrons (figure

Cependant, des problmune dilatation locale du masde limage. Cette dilatationqui ne peut pas tre corrigLeffet sur limpact est plusest aussi plus important po(110o au lieu de 90o), et il courbure du masque : cela plus marqu que la face av

Le doming peut tre rdudans le masque, cest--diresur le masque et en amlioraet le verre du tube. Le preface arrire du masque dumuth), et le second en applisur laluminium recouvran reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms

lus importants du tube masque est lest caus par la dilatation du masque suite par le bombardement des lectrons. Lavais alignement du masque et du motif

hores, ce qui se traduit par des erreurslectrons sur lcran, do une perte dedevient irise). La dilatation du masque

ble par un dispositif de suspension. Celacement latral par un dplacement ent dimpact des lectrons reste le mme

n avant est usuellement obtenu par un ragit une diffrence de temprature de lcran.

aute temprature ambiante, des dfautsx diffrences de coefficients de dilata- Un meilleur systme, capable de corri- systme de suspension dans les coinsfonction de la diffrence de dilatation de lcran. Des ressorts, disposs per-

n cathodique, permettent un dplace-asque uniquement dans la direction du 26).es plus srieux dimpact sont causs parque, dans les parties les plus lumineuses se traduit par une dformation locale,e par le dcalage en avant (figure 27). important la priphrie de lcran. Ilur les tubes grand angle de dviationest, de plus, proportionnel au rayon designifie que le phnomne sera dautantant du tube sera plate.

it en diminuant la dissipation dnergie en amliorant la rflexion des lectronsnt le transfert de chaleur entre le masquemier point est obtenu en recouvrant lane couche mince de matriau lourd (bis-quant une fine couche de noir de carbonet les luminophores.

Une autre solution consiste raliser un masque en invar au lieude fer ; cest la solution la plus efficace, particulirement lorsque lecadre du masque est galement en invar. En tout tat de cause, cettesolution nest pas parfaite, car le coefficient de dilatation de linvarnest pas rigoureusement gal zro.

2.4.2 crans non sphriques

Les crans de TRC ont habituellement une surface sphrique ;idalement, le centre de la sphre devrait tre confondu avec lecentre de dviation, dans ce cas aucune distorsion gomtriquenexisterait.

Figure 24 Principes de slection de couleur dun tube masque

Figure 25 Effet dune dilatation uniforme du masquesur le point dimpact des lectrons



Dans la pratique, pour des raisons desthtique, des faces avant trs plates sonttre obtenu en choisissant un plus grand rales limites de rsistance la pression atmospaississement du verre et dune augmentadoming . En fait, comme limpression de planmine par la planit du bord de lcran, ugalement tre obtenu en utilisant un cran bords sont dans un mme plan et une courbules autres parties de lcran qui sont plus criBien sr, cause de la courbure non unicorrections gomtriques supplmentaires

2.4.3 Masque tendu

La tendance dvolution vers des tubes doplus en plus plane pourrait aboutir des cPour les petits tubes, un masque trs lgremtre utilis, mais, pour des crans plans de plula courbure autorise serait insuffisante podoming , mme si un masque dinvar tait uproblme est de tendre le masque sur un cale masque est chauff par le bombardement exerce par le cadre conserve le masque dace que la tension mcanique soit annultechnique a t utilise pour des tubes de il nest pas certain que ce procd soit viabplus grandes dimensions.

Figure 26 Dplacement du masque vers lavantpar le systme de suspension dans les coins

Figure 27 Erreur dimpact provoquepar une dformation locale du masqueutorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms E 5 655 13

dencombrement et recherches. Cela peutyon de courbure (dansphrique), au prix duntion du phnomne deit est largement dter-n aspect plan peutnon sphrique dont lesre plus importante pourtiques pour le doming .forme de lcran, dessont ncessaires.

nt la face avant est derans totalement plans.ent courb peut encores grandes dimensions,

ur pallier les effets dutilis. Une solution cedre (figure 28). Quandlectronique, la tensionns un tat plan jusque. Aujourdhui, cette

36 cm de diagonale, etle pour des crans de

En principe, un masque tendu est utilisable uniquement avec uncran plan. Cependant, il est aussi possible de tendre le masque dansune seule direction ; cest la technologie Trinitron . La face avant dutube est plate dans la direction verticale et courbe dans la directionhorizontale. Comme les forces de tension sur le masque ne sont pasdans un mme plan, un cadre trs rigide est ncessaire pourmaintenir le masque tendu, ce qui a comme consquence dalourdirle TRC. Dautre part, le masque de ce tube ne comporte aucun tissage(uniquement des fils parallles tendus) ; cela est favorable pour latransparence du masque aux lectrons, et donc permet une lumi-nance suprieure au tube masque conventionnel (30 %), et limitele phnomne de moir.

2.4.4 Convergence

Les trois faisceaux du TRC masque doivent converger parfaite-ment sur lcran de luminophores, pour viter des dfauts de couleuret une perte de rsolution (figure 29).

Pour les tubes avec canons en delta, un systme complexe decorrection est ncessaire pour maintenir une bonne convergencesur la totalit de lcran. Ces tubes ont t presque compltementremplacs par les tubes canons en ligne (in-line ), plus modernes.Dans les tubes in-line , la bobine de dviation est conue de tellefaon que les faisceaux convergent automatiquement sur la totalitde la surface de lcran ds que la convergence est correcte aucentre. La convergence au centre est obtenue par un systmedanneaux magntiques de correction sur le col du tube.

2.4.5 Structures du masque

Deux types de structures sont utiliss : le masque hexagonal pourle tube delta et les lignes de fentes verticales pour le tube in-line .Le pas du masque dtermine la limite de rsolution. Le masque hexa-gonal est prfr pour les tubes haute rsolution et pour les trs

Figure 28 Structure dun tube Zenith masque tendu


TouteE 5 655 14

petits tubes, car il permet lLa structure en ligne est prlution et la tlvision couravis--vis des problmes di

Les tubes masque peuvlinterfrence entre le balayLe moir peut tre prvenu oun pas de masque en relat

2.4.6 Tube masqueavec lentilles d

Une des limitations prinpation de puissance sur le rendement nergtique du plus grande dimension et dphores grce des lentilletures. De telles lentilles sochamp lectrique daccllcran. Pour un fonctionnemdoit tre infrieur la moconditions, le rendement dle gain en luminance est rlmission secondaire dledes lectrons. Des travaux en remplaant la concentraquadrupolaires lectrostati

2.5 TRC couleurs

Le tube index (beam inde remplacement les plustechnologie des TRC coulerecherche ont t faits, exentendu. reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms

es pas les plus petits (jusqu 0,15 mm).fre pour les tubes de moyenne rso-nte, car elle a de meilleures proprits

mpact.

ent souffrir du dfaut de moir cr parage lectronique et le dessin du masque.u attnu en choisissant soigneusement

ion avec linterlignage du balayage.

e concentration

cipales du tube masque tant la dissi-masque, une solution pour amliorer ledispositif est dutiliser des ouvertures dee concentrer le faisceau sur les lumino-

s lectroniques places dans ces ouver-nt formes automatiquement quand unration est appliqu entre le masque et

ent convenable, le potentiel du masqueiti du potentiel de lcran. Dans ces

u masque peut tre doubl. Cependant,duit par une perte de contraste due ctrons par le masque et la dispersionde laboratoire sont en cours, y compris

tion par postacclration par des lentillesques ou magntiques.

index

dex ) est aujourdhui une des solutions srieuses du tube masque. Cest laur sur laquelle les plus gros efforts deception faite des tubes masque bien

Lintrt du tube index rside dans lutilisation dun seul faisceaudlectrons et dans labsence de masque . Donc il ny a pas deproblme de convergence, pas de phnomne de doming , pas deperte dnergie. Le faisceau dlectrons balaie une succession derubans verticaux de luminophores rouge, vert et bleu ; la slectionde couleur est obtenue en contrlant le courant de faisceau en fonc-tion de sa position. Ce dernier point reprsente en fait la difficultmajeure de la technique dans le cas dimages de haute dfinition.Compte tenu des distorsions gomtriques apportes par toutsystme de dviation, llectronique de commande doit connatre, tout moment, la position du faisceau par rapport au rseau derubans. Ceci est obtenu en utilisant des rubans de luminophores(index), mettant dans lultraviolet, dposs sur la couchedaluminisation recouvrant les luminophores colors (figure 30). Lerayonnement UV mis par les rubans index peut tre dtect parun capteur situ lextrieur du tube, grce lexistence dune petitefentre optique situe sur le cne du tube.

Le problme principal du tube index est la taille du spot. Pourun bon rendu des couleurs, ce dernier doit tre plus petit que le tiersde la dimension du triplet rouge, vert, bleu. Considrant, par ailleurs,que pour un tube masque la taille du spot est de lordre de 2 3 fois la taille du triplet, on peut mesurer la contrainte techniqueapporte par le tube index. Pour obtenir une telle taille de spot,on utilise un spot de forme elliptique. Nanmoins, la largeur de spotrequise est souvent obtenue pour des courants de faisceau limitset des angles de dviation rduits.

Lusage des tubes index sera souvent limit aux petits crans haute brillance et rsolution moyenne, ou aux crans de taillepetite/moyenne et haute rsolution et faible brillance. Aujourdhui,compte tenu des progrs raliss dans la conception des canons lectrons, il existe des TRC index de 16 cm de ct, de 378 tripletsde dfinition et offrant une luminance crte de lordre de 3 000 cd /m2

et, dans le domaine des hautes dfinitions, des tubes de 25 cm dect, de 900 triplets de dfinition pour quelques dizaines de cd /m2

de luminance.

Figure 29 Dans un tube masque,les faisceaux doivent tre concentrssur lcran (a) et non sur le masque (b)



Il existe un domaine trs particulier o le tusolution conomiquement intressante. Il dquipements lectroniques embarquparticulier), pour lesquelles il est demand monochrome par un cran couleur de dimeidentiques. Compte tenu de la spcificit nexiste pas, en rgle gnrale, de TRC couleuce cas, le dveloppement dun tube indexmcaniquement dun tube monochrome, sconomique.

2.6 TRC spciaux : TRCpour enregistrement ph

Les premiers tubes pour lenregistrement pdes tubes conventionnels haute rsolutionavec des luminophores adapts aux mulsioet utilisant des angles de dviation rduits des dfinitions de plusieurs milliers dlmtrs bonne capacit restituer les niveaux deutiliss avec succs pour les systmes dinphique, les images rayons X en mdecine, lesfilms et microfiches et les machines de imprimerie.

Une innovation majeure dans ce domaine des couplages optiques par fibres de verrelumire mise par la couche de luminophorescollimate avec un rendement lumineux de

photographique est plac en contact direct avec la surface externedes fibres optiques et reoit ainsi limage sans aucun systmeoptique intermdiaire. Le gain sur le facteur de transmission optiqueobtenu par la technique des fibres optiques, compare la techniquedes optiques conventionnelles, est de lordre de 100.

Des tubes fibres optiques avec des fentres de 20 25 cm sontdisponibles aujourdhui pour tre utiliss dans des enregistreurs,dans lesquels le faisceau du TRC est dvi suivant une seule lignede balayage, le dplacement du film ou du rouleau de papier assurantle deuxime axe de limage.

Pour les applications couleur, les TRC fibres optiquesincorporent trois rubans parallles de luminophores rouge, vert etbleu.

Quelques tentatives ont t faites pour balayer directement le filmavec le faisceau dlectrons. Cette technique demande un vide trspouss qui nest pas ralisable facilement. Quelques ralisationsindustrielles sont nanmoins existantes, en particulier unenregistreur de microfilm avec une rsolution de 100 points par mm.

Une nouvelle technologie pour les enregistrements dimage degrandes dimensions (36 cm 43 cm), appele monotube , offreun ruban de fibres optiques de 36 cm de long sans occuper le volumeimportant dun tube traditionnel. Dans ce nouveau dispositif, le

Figure 30 Principe du tube indexutorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms E 5 655 15

be index apporte unesagit des rnovationss (dans les avions ende remplacer un crannsions rigoureusementde ces dimensions, ilr sur le march et, dans

, lequel est trs procheera la solution la plus

otographique

hotographique ont t, dots dun cran plan,ns largent des films,(environ 40o). Grce ents par ligne et une gris, ces tubes ont tterprtation photogra- impressions de micro-photocomposition en

a t le dveloppement. Avec ce dispositif, la est transmise de faon 50 % ou plus. Le film

faisceau dlectrons est dvi le long du ruban de fibres optiquespar une srie de bobines de dviation montes le long dune enve-loppe tubulaire.

2.7 Mthodes damliorationde contraste particulires aux TRC

En plus des mthodes gnrales damlioration de contraste([R 620] Affichage. Visualisation. Introduction ), qui sont bienentendu applicables aux TRC, quelques techniques spcifiques auxTRC sont utilises.

2.7.1 Matrice noire (black matrix)

La rduction de la rflexion est obtenue en dposant un matriaude couleur noire entre les luminophores. De cette manire, larflectivit du tube, pour une luminance comparable, est rduitedenviron 30 %, ce qui se traduit par une amlioration de 20 % ducontraste. Cette technique est, de nos jours, applique sur la majoritdes tubes du commerce.

2.7.2 Luminophores pigments

Le contraste peut galement tre amlior en rduisant larflectivit intrinsque des luminophores. Cette rflectivit est,cependant, largement dtermine par lindice de rfraction dumatriau constituant le luminophore et peut donc difficilement trechange.

Une autre possibilit consiste recouvrir les grains constituantle luminophore avec un matriau filtrant qui transmet la couleurrayonne et absorbe les autres. Les luminophores ainsi trait sontappels luminophores pigments . Aujourdhui, la majorit des tubes vision directe utilise de tels luminophores pour le rouge et le bleu.Il est en effet difficile de trouver un filtre efficace pour le vert et,comme la couleur verte constitue la part la plus importante de laluminance, le gain en contraste apport par cette technique est limit 12 %.

Do

c. E

5 6

62

6 -

1992

Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copieest strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Tlcoms Doc. E 5 662 1

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Restitution des images

par Alain COUSINIngnieur de lcole Suprieure dIngnieurs en lectrotechnique et lectronique (ESIEE)Responsable Marketing des produits Visualisation ,Thomson CSF Division Outils Informatiques

BibliographieTubes rayons cathodiquesBARTEN (P.G.J.). CRT : present and future. Seminar

3, Society for Information display - Internationalsymposium (1989).

SEATS (P.). The evolutionary CRT. Seminar 7,Society for Information Display - InternationalSymposium (1987).

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TRC platsGUNTHER (W.F.). Flat panel CRTs. Seminar 6.1,

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high-information content. Seminar 9, Society forInformation Display (1988).

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LE CONTELLEC (M.). TFT, principes de fonction-nement et tat de lart. Sminaire de formationgnrale en visualisation, club Visu (1988).

RESTITUTION DES IMAGES ______________________________________________________________________________________________________________POUR

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Constructeur Technologie Produits

AEG-Telefunken (RFA) LCD Modules, panneaux

Clinton (USA) TRC

Densitron (Japon) DC plasma, LCD Modules, panneaux

Dialight (USA) LED Modules

Dixy (Japon) DC plasma Modules, panneaux

Eidophor (Suisse) Valve optique Projecteurs

Electro-Plasma (USA) AC plasma Panneaux

Epson (Japon) LCD Modules, panneaux

Finlux (Finlande) TFEL Panneaux

Fujitsu (Japon) AC plasma Panneaux

Futaba (Japon) VFD Modules, panneaux

GE (USA) Valve optique Projecteurs

Hitachi (Japon) TRC TRC

HP (USA) LED Modules

Hugues (USA) LCLV Projecteurs

Hycom (USA) TFEL Panneaux

Ise (Japon) VFD Modules, panneaux

Lite-On (Tawan) LED Modules

Lucitron (USA) TRC plats Panneaux

Matsushita / Panasonic (Japon) TRC, LCD Modules, panneaux

Mitani (Japon) DC plasma Modules, panneaux

Mitsubishi (Japon) TRC

NEC (Japon) LED, plasma, LCD Modules, panneaux

AC plasma : panneaux plasma courant alternatif ([E 5 660] 1.1)DC plasma : panneaux plasma courant continu ([E 5 660] 1.1)DCEL : crans lectroluminescents courant continu ([E 5 660] 1.2.4)LCD : crans plats cristaux liquides ([E 5 660] 2)LCLV : valve optique cristal liquide

Constructeur Technologie Produits

Nifco (Japon) LCD Modules, panneaux

Optrex (Japon) LCD Modules, panneaux

Ovonics (USA) TFT- LCD Panneaux

Panelvision (USA) TFT- LCD Panneaux

Philips (Hollande) TRC, LCD Modules, panneaux

Phosphor Products (GB) DCEL Panneaux

Photonics (USA) AC plasma Panneaux

Planar (USA) TFEL Panneaux

Rank Brimar (GB) TRC

Sanyo (Japon) LCD

Seiko (Japon) LCD Modules, panneaux

Sharp (Japon) TFEL, LCD Modules, panneaux

Siemens (RFA) LED Modules,

Sony (Japon) TRC, LCD Panneaux

Stanley (Japon) LED, LCD Modules, panneaux

Tektronix (USA) TRC, LCD, LCLV Panneaux projecteurs

Thomas (USA) TRC TRC

Thomson Consumer Electronics (France)

TRC TRC

Thomson Tubes lectroniques (France)

TRC, AC plasma Modules, panneaux

Thomson-LCD (France) TFT-LCD Panneaux

Toshiba (Japon) TRC, LED, LCD Modules, panneaux

Zenith (USA) TRC TRC

LED : crans diodes lectroluminescentes ([E 5 660] 1.4)TFEL : crans lectroluminescents couches minces ([E 5 660] 1.2.3)TFT-LCD : crans cristaux liquides matrice active ([E 5 660] 2.3)TRC : tubes rayons cathodiques (article [E 5 655] Tubes rayonscathodiques )VFD : crans cathodoluminescents ([E 5 660] 1.3)

Tubes rayons cathodiques1. Principes de base1.1 Formation du faisceau1.2 Concentration du faisceau1.2.1 Concentration lectrostatique1.2.2 Concentration lectromagntique

1.3 Dviation du faisceau1.3.1 Dviation lectrostatique1.3.2 Dviation lectromagntique1.3.3 Correction dastigmatisme1.3.4 Correction de gomtrie dimage

1.4 Luminophores1.4.1 Caractristiques temporelles1.4.2 Caractristiques colorimtriques1.4.3 Caractristiques photomtriques1.4.4 Stabilit et linarit des caractristiques

1.5 Aluminisation

2. Principaux types de TRC et utilisation2.1 TRC monochromes dviation lectrostatique2.1.1 TRC pour oscilloscopie et instrumentation2.1.2 TRC pour oscilloscopes mmoire2.1.3 TRC pour moniteurs dviation lectrostatique

2.2 TRC monochromes dviation lectromagntique2.2.1 TRC monochromes pour application la tlvision2.2.2 TRC monochromes pour application radar et commande-contrle

2.3 TRC couleurs pntration2.4 TRC couleurs masque2.4.1 Doming2.4.2 crans non sphriques2.4.3 Masque tendu2.4.4 Convergence2.4.5 Structures du masque2.4.6 Tube masque avec lentilles de concentration

2.5 TRC couleurs index2.6 TRC spciaux: TRC pour enregistrement photographique2.7 Mthodes damlioration de contraste particulires aux TRC2.7.1 Matrice noire (black matrix)2.7.2 Luminophores pigments

Technique d'Ingeneur e5655

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