自会聚宽屏幕彩色显像管系统

摘要

一个自会聚宽屏幕彩色显像管系统包括一个宽屏幕、具有漏斗状部分的一字形彩色显像管、一个在显像管的一端位于管颈内的用于产生三个一字形电子束的电子枪组件(28)和一个在其另一端带有屏幕的荧光屏。该显像管具有宽的宽高比。一个用于在宽的宽高比显像管中偏转电子束的自会聚宽屏幕偏转系统(40)包括水平和垂直偏转绕组。偏转系统(40)放置在漏斗状部分的起始扩张部位并沿显像管的纵轴放置，以使管子基准线与偏转系统的偏转平面基本重合。

说明书

本发明涉及一种自会聚宽屏幕彩色显像管系统。

为了提供一种更加令人满意的观看感受，最近已经研制出了一种宽高比为16×9的显像管系列，其中16代表以任意单位沿水平即X-方向的屏幕宽度，9代表以同一单位沿垂直即Y-方向的高度。图1用图示法把一个宽屏幕16×9宽高比的显像管屏幕VSW与一个标准窄屏幕，4×3宽高比的屏幕VSN作了比较。对于相同的对角线长度D，例如86.3cm（34V），宽的宽高比屏幕比相应窄的宽高比屏幕在X-方向宽大约9%，在Y-方向短大约10%。

除了较宽的宽高比外，其他令人满意的电视机特性包括具有一个其屏幕在形状上接近长方形的显像管，并且具有考虑了显像管总重量和挤压强度需要的扁平的荧光屏外形。

图2示出了一个宽屏幕，16×9宽高比的彩色显像管的长方形荧屏18的前视图。位于荧光屏18内表面是一个线条型彩色荧光屏VSW。相应于长方形荧光屏18，主轴为X，次轴为Y，对角线为D，荧光屏18的两个长边L平行于主轴X，它的两个短边S平等于次轴Y。

图3以透视的方法示出了图2荧光屏18的内侧表面，它包括有曲线22-26，这些曲线以相应于图2中所示的方向遵循着荧光屏内侧表面的轮廓。曲线22-26中的每一条曲线都有一个相应的等效半径R，它相应于连接荧光屏18的中心CW与屏幕边缘处相应的荧光屏末端的一个圆周的半径。荧光屏18的内表面的实际外形通过这里将要讨论的等式被更复杂和更精确地定义。

在图3中，沿主轴的曲线22的等效半径被标为RX：而沿次轴的曲线23的等效半径被标示为RY。沿荧光屏长边的线25的等效半径被标示为RL，而沿短边的曲线26的等效半径被标示为RD。

荧光屏18的内表面的外形由下面的多项式的集合等式来定义：

ZW＝∑i（Ai）10ΛJi）（XΛNi）（YΛMi）

i＝1，2，3，……7

ZW定义为在荧光屏18内表面上的一个点从弧矢平面切线到在中心点CW处内表面的距离，每个X和Y称为从弧矢平面中心CW沿互相正交的轴的各自轴的距离，所说的互相正交的轴有着相应于主轴和次轴的方向。

ZW等式定义了一族非球面的荧光屏外形，通过选取适当的参数，荧光屏的外形可以做得相对地扁平。

对于一个在弧矢平面具有屏幕对角线DW＝86.3cm的扁平荧光屏，系数Ai和指数Ji，Ni，Mi在下表中给出。

表1

A（1）＝+2.7548540  J（1）＝-04  N（1）＝2  M（1）＝0

A（2）＝+3.0213080  J（2）＝-10  N（2）＝4  M（2）＝0

A（3）＝+4.9051820  J（3）＝-04  N（3）＝0  M（3）＝2

A（4）＝-2.0299050  J＝（4）-10  N（4）＝2  M（4）＝2

A（5）＝-6.3074090  J（5）＝-15  N（5）＝4  M（5）＝2

A（6）＝+9.4301190  J（6）＝-11  N（6）＝0  M（6）＝4

A（7）＝+5.2725900  J（7）＝-15  N（7）＝2  M（7）＝4

至今，对于使用在大屏幕中的偏转系统，宽宽高比显像管已经具有了非自会聚型，它需要在偏转线圈中增加辅助线圈，以提供外层电子束的会聚。额外线圈的附加费用和附加的复杂性，包括会聚波形发生器和在偏转电路中用于驱动偏转线圈的输出级，使得需要研究一种自会聚系统用于在宽屏幕显像管中的偏转。

偏转线圈的设计者的一种自然倾向是利用业已成熟的4×3宽高比显像管自会聚偏转线圈的设计方案，以便设计出一种宽的宽高比显像管的自会聚偏转线圈。然而，这样做了以后，由于窄的宽高比设计的自会聚偏转线圈系统与宽的宽高比设计的自会聚偏转线圈系统之间在临界参数上存在着固有的差异，可能会产生许多问题。由于短的生产发展周期和在生产设计截止日期的紧迫性，上述的差异会很容易被忽视。

如果不对这些参数充分地加以考虑，那么一种反复的设计过程可能会出现，它试图解决在通过各种校正将4×3偏转线圈的设计应用到16×9系统这一过程中观察到的问题。这些校正仍然会引入较多的问题，诸如此类，因此没有必要推广这种设计过程。

某些上述的校正可能包括偏转绕组的变化，例如水平线圈的变化。这些线圈可以具有利用绕组框架的马鞍缠绕型，它的表面轮廓，引线位置、导线行程取决于所需的参数，以产生一个自会聚水平偏转场。在反复设计过程期间，如果框架改变是很困难的，改变绕组框架的形状事实上则会延迟这一过程。

因此，当设计一种在宽的宽高比显像管中使用的自会聚偏转系统时，考虑宽的宽高比自会聚系统与窄宽高比系统之间的差异是十分有益的。

按照本发明的方案，一个自会聚宽屏幕彩色显像管系统包括一个宽屏幕，具有漏斗形状的一字形彩色显像管，一个位于显像管一端的管颈处用于产生三个一字形电子束的电子枪组件，一个在其另一端带有一屏幕的荧光屏。相对于一个类似的窄屏幕作为参考，该显像管具有一个宽的宽高比一字形彩色显像管，按照相应于主轴的两端之间的管子参考线的实测结果，它具有同样长度的屏幕对角线，同样的屏幕外观，以及同样的水平偏转角，但是它有一个不同的中心屏幕倾斜角和电子束S形间距（S-spacing）。

一个自会聚宽屏幕偏转系统，用于在宽的宽高比显像管中偏转电子束，它包括水平和垂直偏转绕组。该偏转线圈设置在显像管的起始向外张开的漏斗形部分，并且沿显像管的纵轴安放，以使管子参考线与偏转线圈的偏转平面基本重合。

为了在宽屏幕的主轴的两端实现基本上水平的像散校正，水平偏转绕组被构造成具有一个超过场有效长度的通常成枕形的水平偏转场。这种场是从在一个可比较的自会聚窄屏幕偏转线圈中水平偏转场所需要的场变更而来，这种变更是按照中心屏幕倾斜角和S形间距做出的。这样就避免了一种在宽屏幕的主轴的两端现存的不良偏转情况，否则这种不良偏转情况会设置在实际上已从屏幕的表面除去的外部电子束的交叉点。

图1简略地示出了一个窄屏幕，4×3宽高比屏幕和一个宽屏幕，16×9宽高比屏幕的尺寸;

图2示出了一个16×9宽屏幕显像管的荧光屏屏幕的前视图;

图3示出了图2的荧光屏的内侧表面的轮廓;

图4示出了一个具有图2所示荧光屏的宽屏幕设计的一字形彩色显像管的各种局部的视图;

图5示出了图4的宽屏幕显像管的俯视图的一部分，它具有具体本发明所有的偏转系统组件的详图;

图6示出了图5偏转系统的断面侧视图;

图7示出了图5偏转系统的前视图;

图8a和8b示出了在图5的偏转系统中使用的两种不同硅钢片的俯视图;

图8c示出了在图5的偏转系统中使用的一个矩形磁铁等体积图;

图9示出了在图5的偏转系统中使用的一个水平线圈的透视图;

图10示出了图5所示偏转系统的一个缠绕在一个磁芯片上的垂直线圈的前视图;

图11a、11b和11c示出了宽屏幕和可比较的窄屏幕显像管的各种参数之间的几何关系;

图12示出了自会聚窄屏幕和宽屏幕偏转系统之间的各种电子束的轨道关系;

图13示出了外部电子束间距与纵轴位置的关系曲线;

图14示出了相应于图5的偏转系统HO和系数｛HO｝场分布函数;

图15示出了相应于图5的偏转系统设计，各种其它色差（aberration）理论函数曲线;

图16-24示出了相应于本发明偏转系统的一个典型实施例的各种色差理论函数曲线;

图24示出了一个表面边界，本发明的曲型实施例采用了超过该边界的通量绘图仪（flux  ploler）数据。

图4示出了一个宽屏幕显像管30，它包括图2的宽屏幕荧光屏。在图4中，给出了三部分视图。第一部分视图，显像管30的纵向Z轴的右侧是一个俯视图，如ZX轴定向所指示的，第二部分视图Z轴的左侧并且非常靠近它，是一个侧视图，如YZ轴定向所指示的。第三部分，Z轴的左侧并且离它最远，对于荧光屏18的对角线DW，它是一个正常的透视图。

在图4中，面板27带有一个沉积在荧光屏18的内表面的条屏彩色荧光屏VSW，和一个与屏幕VSW保持一预定距离保护面板27的遮蔽屏131。

显像管30含有一个漏斗形状部分29。它包括一个管颈31和一个铃状的向外扩张部分33。在显像管30的顶部带有一个阳极接头34。一个一字形电子枪组件（图4中未示出）安放在管颈31内侧，它的后部带有的电子联接器管脚插入到一个管脚座38中。一个偏转组件35环绕着管颈31的前部安放在显像管30上，并且环绕着铃状的向外扩张部分33的起始扩张部分32。偏转组件35在图4中用虚线框轮廓简略地示出。

图5示出了图4的显像管30的一部分，它包括偏转组件35和显像管的尾部。如图5所示，偏转组件35包括有一个塑料骨架36，用于把偏转系统40安装在显像管上。一个外壳弯束器37（sheath  beam  bender37）安放到骨架36的后部，用以提供静态偏转和色纯度调整。弯束器被放置在一个一字形电子枪组件28的靠上部分，图中以虚线柜轮廓简略地示出。

在图4中，沿纵轴Z可以辩认出一条管子基准线的位置39，为了避免色纯度误差，由电子枪产生的一字形电子束必须通过偏转组件35偏转向荧光屏VSW，以便看起来从位于管子基准线的偏转中心就已被偏转。为了实现这一结果，调整偏转系统40的纵向位置，使管子基准线位于在偏转系统40的偏转平面处。

图6-10示出了图5的偏转系统40的各种视图或其部件，偏转系统40包括有一个水平偏转绕组41，它由上部和下部马鞍形线圈41a和41b组成，还包括有一个垂直偏转绕组42，它由环形地分别缠绕在一磁芯50的上片和下片上的两个垂直线圈42a和42b组成。马鞍形水平线圈41a.b靠近骨架36的塑料分离器的内表面放置，带有环形缠绕垂直线圈42a.b的磁芯50环绕地放置在塑料分离器的外部。

如图6、7和9所示，每个水平马鞍形线圈41a和41b都具有导线绕组，以便产生侧部部分53，弯曲部分的前部51，和后部弯曲部分49，从而限定了一个窗46。侧部部分53的导线通常沿图4的显像管30的纵向区轴导引，但是按照显像管的起始扩张部分32的外形成形。前部弯曲部分的51向外弯曲，以通常的横截方向远离开Z轴。后部弯曲部分49是一个直线部分，它通常平行Z轴沿伸，具有在X和Y方向上按照管颈31的形状的曲线外形。在水平曲线41a和41b的导线布局的各个点形成有空间或间隙，用于改善磁场的分布，以使校正如下将要描述的偏转误差及光栅畸变。

图5、6和10示出了环形缠绕的垂直编转线圈42a和42b的几个视图。垂直线圈42a、b的导线按一导线分布缠绕，它产生需要的一个一字形彩色显像管中自会聚要求的磁场谐波分布。垂直偏转线圈42a和42b内侧的导线弯曲部分严密地按照磁芯50内侧的外形并与其靠紧放置。

磁渗透片固定在塑料分离器的外部，该分离器把垂直和水平偏转绕组分离，如图6和7所示。图8a和8b的透视图中示出了一种有代表性的薄片。这些薄片被倾斜地纵向放置，以改善由垂直编转绕组41产生的垂直磁场，用于校正如下面将要讨论的剩余偏转误差和光栅畸变。

为了提供良好的偏转灵敏度，磁芯50的内侧表面形状和水平马鞍线圈41a和42b的形状要严格地按照显像管30的起始扩张部分32的外形构造。

起始扩张部分的外形展示了一个相应于显像管的纵轴的环形截面。所给的截面半径按照下列内侧玻璃表面外形的多项式等式，随着指向显像管屏幕的纵轴位置Z的增加而增加：

r＝a0＝a1z+a2z²+a3z³+a4z⁴

其中，a0＝+10.8948

a1＝+6.46181×10^-2

a3＝+5.70691×10^-6

a4＝-2.28845×10^-7

r和z以毫米为单位。纵轴上的点z＝0被设置在电子枪侧并且距漏斗状部分-管颈连接点很近。外侧玻璃表面外形与内侧玻璃表面外形相似，为了提供附加的强度，玻璃厚度随Z距离的增加而增加，这就使内外侧玻璃的表面外形的相似性下降。

为了提供偏转系统40的自会聚性能，由水平偏转绕组41产生的磁场强度，在主偏转区域通常使其成为枕形，主偏转区域，通常包括偏转磁场的进入区，靠近电子枪侧，后部弯曲部分和出口区、靠近屏幕侧，前部弯曲部分。一个枕形场是一个按照偏转方面以强度增加的不均匀场。当其设计成水平偏转场时，这样的一个场的不均匀性以一种发散的方式，在兰和红电子束上不均匀地起作用，以便产生会聚力。该会聚力沿图2和4的屏幕VSW的主轴，包括在3点钟和9点钟的位置，（±XW）分别校正会聚失调。

为了提供沿主轴的外部电子束的会聚，在偏转单元40的主偏转区域内，通常使垂直偏转绕组42产生的磁场强度成为桶形。一个桶形磁场是一个按照偏转方向以强度增加的不均匀场。该桶形垂直偏转场曲率在外电子束上产生会聚力，以校正沿主轴的会聚失调。这种会聚失调分别包括顶和底部边缘的两端的会聚失调，和在6点钟和12点钟位置（±YM）的会聚失调。

作为曲枕形水平场和桶形垂直场产生的一系列效果，在屏幕的所有点，包括对角线口和角落位置，在2、5、8和10点钟的位置，实现了基本的会聚。

通过对水平和垂直磁场谐波分布的适当设计，偏转系统40也可以提供对其它会聚误差和对各种类型光栅畸变的校正。例如，通过在出口区域提供一个通常的枕形水平偏转场，则可产生南-北枕形畸变校正力。为了在偏转场的出口区域进一步增加南-北校正枕形场，磁铁43a和43b成角度地放置在沿次轴恰好在前端转角51的位置之上。图8c示出了所使用的该两块磁铁43a、b中每一块磁铁的等体积图。

四个硅钢制成的薄片45a-45d被设置在磁芯50的前面靠近垂直磁偏转场的出口区域，它具有如图7所示的倾斜定位（距主轴取向大约40°角）。这些薄片主要起着垂直场分路作用，以便改善谐波场分布，用于校正角落陷井（corner  trap）会聚误差和A-区域陷井会聚误差。通过调整垂直场分布的七次谐波，这种校正可以部分地实现。

一对硅钢片44a和44b，接在窗46内侧主偏转区域沿次轴倾斜地放置，起着垂直磁场分路的作用，以便改善垂直偏转谐波场分布。上述硅钢片加强了垂直偏转场的整体桶形，用于改善会聚和提供三原理校正。

通过矫正前端转角51的水平部分51a的曲率，进而改善靠近偏转场的出口区域的水平偏转谐波场分布，可对二次谐波性质的残余南-北枕形畸变（称为gullning畸变）进行校正。

可以使用另一项技术来提供额外的会聚和光栅畸变校正。这项技术包括在水平偏转绕组41的绕组分布中引入局部的空间或间隙。例如，在前端弯曲区域设置空间47a和47b，用这种方式，在偏转场的出口区域中加强水平偏转场的枕形。这样就提供了额外的南-北枕形校正。在后端弯曲区域设置空间48a和48b，并且使在入口区域的水平偏转场的桶形稍差一些，以便提供一种水平慧差误差校正的范围。空间56被引入到侧部部分53，并且被设置在如图7所示的具有倾斜定位（与主轴取向大约25°角）的主偏转区域中。这些空间在屏幕的半点钟处，即在2∶30、3∶30、8∶30和9∶30半点钟屏幕点，校正会聚误差。

偏转系统40无需对所有类型的会聚误差和光栅畸变进行校正。例如，垂直偏转线圈42a和42b可以采用辐射式缠绕。这样它提供了不显著的东-西枕开畸变校正，象这样的校正本可通过偏置缠绕垂直偏转线圈来提供。垂直慧差校正可以通过被设计成显像管30的电子枪组件28的结构的场分路来进行校正。

宽屏幕显像管30被设计成具有一个相对宽的偏转角。这一点通过简略绘制的屏幕VSW的视图在图11中示出，屏幕被存放在图2和4的荧光屏18的内表面。如图所示，宽屏幕显像管30有一个偏转角2θDW，2θDW被定义为屏幕VSW的对角线D上的两个端点（PDW1，PDW2）之间的夹角，其中角2θDW的顶点是纵轴Z与管子基准线/偏转平面39的交叉点Z0。

对于16×9宽屏幕显像管30，偏转角2θDW＝106°。106°的偏转角接近于110°的大偏转角，后者是窄屏幕4×3宽高比显像管常用的。相对短的，这样就保持了显像管30的总长度。

此外，当106°和110°显像管的屏幕对角线长度相同时，则两者管子的最大水平偏转角2θH具有相同的值，2θH＝96°，如在图11b中用俯视图简略表示的。

这种特征在偏转系统的设计中有着一个特别的优点。当电子束经水平偏转角2θH＝96°偏转到主轴的两端时，它就落在宽屏幕VSW的两端（PXW1，PXW2）。主轴屏幕点±XW之间。作为对照，当一个110°，4×3宽高比显像管的电子束经相同的水平偏转角2θH偏转时，该电子束将落在4×3屏幕VSN的两端（PXN1，PXN2），在主轴屏幕点±XN之间。

作为保持相同水平偏转角2θH的结果，当两显像管的对角线长度相等时，宽的宽高比显像管的中心投射距离TW大于窄宽高比显像管的中心投射距离TN。中心屏幕投射距离被定义为沿纵向Z轴偏转平面和与显像管屏幕的中心点相切的弧矢平面间的间距。在图11b中，投射距离TW是线段（ZO，CW）的长度，投射距离TN是线段（ZO，CN）的长度。假设为两个管子设置公用的偏转平面，则4×3屏幕VSN将比16×9屏幕VSW更靠近偏转平面。

在水平偏转绕组中存储的能量取决于最大水平偏转角。对于110°，4×3宽高比显像管和106°，16×9宽高比显像管，同样地，通过保持这种水平偏转角，宽的宽高比显像管偏转系统的存贮能量需求可以相当地接近于4×3宽高比显像管的存贮能量的需求。

宽屏幕显像管比起一个可比较的窄屏幕显像管来所具有另一个优点是，如果两者绕组被设计得具有大约相同的偏转灵敏度，则宽屏幕偏转绕组所需要的最大垂直偏转电流实质上小于窄屏幕垂直偏转绕组所需要的上述电流。这一优点的出现是由于106°，16×9宽高比显像管30的较窄的最大垂直偏转角2θYW＝60°，而与之相比，相应的110°，4×3宽高比显像管的事实上较大的最大垂直偏转角2θYN＝80°。

如图11c所示，需要一个较小的垂直偏转角2θYW，以提供到屏幕VSW的两端（PYW1，PYW2）（次轴屏幕点±YW之间）的偏转。与之相反，为了偏转到窄屏幕VSN的事实上较宽的两端（PYN1，PYN2）（次轴屏幕点±YN之间）则需要一个事实上较大的最大垂直偏转角2θYN＝80°。

按照本发明的宽高比，宽屏幕显像管30被提供有一个自会聚偏转系统40。该偏转系统的设计具有的优点在于，它的最大水平偏转角2θH与110°，4×3宽高比的显像管的偏转角相同。

图12简略地示出了沿宽屏幕显像管30的屏幕VSW的主轴，以及沿一个通常的110°显像管的通常的4×3窄宽高比屏目VSN的主轴，三个一字形电子束R、G、B的偏转。所说的110°显像管具有与宽屏幕VSW相同的屏幕外形和屏幕对角线。

按照上面的描述，宽屏幕显像管的中心投射距离比窄屏幕显像管的中心投射距离大。这样就允许这两种显像管具有相同的最大水平偏转角2θH。

为简化的目的，两个屏幕VSW和VSN通过它们共用的，相对大的等效半径RX表示在图12中。为了偏转绕组设计分析，将假设通常的和宽屏幕显像管的管子基准线/偏转平面39在纵轴上的点Z0重合，并假设两个显像管具有的电子枪组件具有重合的R、G、B电子束的枪出口平面56。枪出口平面沿纵轴到偏转平面的距离等于距离EL。

考察一下外部B和R电子束沿窄的宽高比屏幕VSN的主轴会聚的会聚情况。对于落到屏幕中心CN的电子束，在偏转平面保持着不被偏转。在电子枪组件中的会聚结构在中心CN提供稳定的B和R电子束会聚。为了实现这一结果，每一个外侧电子束都以与纵轴成θCN的角度从枪出口平面射出。

在一个高斯水平偏转场，即一个均匀场中会聚将保持在高斯面（即球面）上的所有点上，该高斯面与屏幕的中心相切，并且有一个与显像管的中心屏幕投射距离相等的曲率半径。当在ZX平面水平偏转时，一旦中心会聚在点CN完成，则会聚将在圆弧GSN上的所有点保持。于是，在水平偏转的一端（以一个偏转角θH），一个均匀偏转场在点PGN会产生外侧电子束的会聚。

因为屏幕VSN具有非常平缓的曲率，所以外侧电子束在到达屏幕点PXN（即沿屏幕主轴在最大水平偏转3点钟屏幕点）之前将会发生交叉。外侧电子束在屏幕VSN前面的交叉会产生过会聚或沿主轴的正会聚误差，即兰色电子束落到屏幕VSN上的位置是在红色电子束所落位置的右侧。

为了实现沿屏幕VSN的主轴的会聚，一个自会聚偏转系统产生一个不均匀的，通常枕形性质的水平偏转场。一个枕形水平偏转场相应于一个具有正三次谐波成份的偏转场。该正三次谐波会使外侧B和R电子束产生不同的水平移动，它具有一种发散的性质。通过正确地选取相对于水平偏转场的基波成份的三次谐成份的幅度，在外侧电子束上由该三次谐波产生的发散力将使电子束的交叉点移动位于屏幕上的一个点，从而，产生外侧电子束的会聚。

如图12所示，当绿色电子束被偏转到最大水平偏转角θH时，它的轨迹是纵向的直线段GO，从电子枪出口平面到偏转平面中的点O。在偏转平面上，轨迹移到了轨迹GX，直到到达电子束的落点PXN。

从电子枪出口平面到偏转平面，外侧B和R电子束分别具有起始的倾斜轨迹BNO和RNO。在偏转平面上，外侧电子束被枕形水平偏转场偏转进入轨迹BNS和RNX，轨迹BNX和RNX在屏幕VSN上点PXN处交叉。通过在它们各自的轨迹与高斯面GSN的交叉点处的外侧电子束的欠会聚，把由枕形场产生的发散作用展示在图12中。

一个自会聚水平偏转场对外侧电子束间距的影响通过在图13中示出的曲线来说明。横坐标轴定义了沿显像管纵轴的距离，纵坐标轴定义了外侧电子束的水平间距△XBR，即沿纵轴在一给定点Z上的ZX平面的法线（a  ZX  plane  normal）到纵轴的间距。△XBR的负值代表一个兰色电子束的位置，它位于红色电子束位置的右侧。

在图13中，实线曲线54表示了具有一个自会聚偏转系统的一个通常的110°偏转，4×3宽高比显像管的外侧电子束间距。在电子枪出口平面上，在纵向位置ZE处，外侧电子束间距是-△XBRE＝-2sE，其中sE是绿色中心电子束与红色或兰色电子束之间的S形间距，作为电子束中心到电子束中心的参考，说明一个典型的电子枪S型间距大小的是一个按比例用在一个34V110°，COTY-M电子枪中的S形间距。对于这种电子枪，该S形间距是sE＝6.5mm，产生的一个外侧间距-△XBRE＝-13mm。

由于中心屏幕会聚要求的外侧电子束的轨迹之间的起始倾斜角2θCN，外侧电子束的间距将随着电子束向屏幕方向运动远离电子枪出口平面而减小。如在图13中由曲线段54a所示的，外侧电子束间距△XBR在预偏转区域（从纵轴点ZE到纵轴点ZD1）线性地减小。靠近纵轴点ZD1，电子束进入水平偏转场的入口区域，该区域开始把电子束偏转向显像管屏幕的主轴上的3点钟的位置。

曲线54的线段54b示出了当电子束与水平偏转场互相作用的外侧电子束间距。该水平偏转场具有一个靠近纵轴点ZD1的入口区域和一个靠近纵轴点ZD2的一个出口区域。自会聚偏转单元的偏转平面设置在水平偏转场的入口与出口区域的一个过渡点上（在纵轴点ZO），该偏转平面典型地位于主偏转区域内。

由于水平偏转场的枕形性质，一个发散性质的不均匀水平力被施加给外侧电子束。这样（与一个均匀偏转场的外侧电子束间距的变化相比）将使得偏转区域（ZD1、ZD2）内的外侧电子束间距△XBR不能迅速地变化。于是，在图13中，偏转场中曲线段54b比曲线段54a倾斜的要浅。

在出了靠近纵轴点ZD2的水平偏转区域后，外侧电子束的欠会聚情况降低到△XBR＝0的点，在该点电子束的交叉已远离高斯面被移到屏幕纵轴位置ZNX。这些在图13中通过线性段54c示出，在后偏转区域，由在ZD2处的量△XBR2减少到在屏幕位置ZNX处的0。

出现的一个问题是，人们试图将4×3宽高比显像管的自会聚设计应用到具有相同水平偏转角的类似的宽屏幕显像管的设计中。假设二者显像管具有相同长度的对角线，为了保持从纵轴测得的相同的偏转角θH，必须使图12中的中心投射距离TW大于4×3宽高比显像管的中心投射距离。从而宽屏幕显像管的屏幕VSW纵向地设置在一个远远离开偏转平面的点上。

为了在宽屏幕VSW的中心CW实现会聚，在图12的枪出口平面处给予每一个外侧电子束的中心会聚角是角θCW。由于较长的投射距离TW，该会聚角小于类似的窄屏幕显像管的中心会聚角θCN。对于一个均匀的水平偏转场，宽屏幕显像管中的外侧电子束的会聚将保持在图12的高斯面GSW上的点上。

通常，人们期望为4×3宽高比显像管设计的偏转线圈的正水平三次谐波成份能有效地在外侧电子束上提供发散力，以便提供一个相当靠近屏幕VSW上点PXW的交叉点，并能将这种偏转线圈用于类似的宽屏幕显像管，即具有相同水平偏转角、相同对角线长度和相同屏幕外形的显像管。

然而，实际上所发生的是，当这样的偏转系统应用到宽屏幕显像管上时，产生了一种相当大的欠会聚情况，将外侧电子束交叉点移到了点PU、恰好在屏幕VSW的后面。

这一相当大的欠会聚的产生是由于这样的事实，即为4×3宽高比显像管设计的偏转系统的正水平三次谐波的强度大于在类似的16×9宽高比显像管中使用所需要的强度。其结果是一个过发散力加到外侧电子束上，在屏幕VSW的主轴上3点钟的位置XW产生了一种欠会聚情况。

如图12所示，当电子束在偏转平面上被偏转到3点钟点XW时，宽屏幕显像管的外侧电子束的起始轨迹RWO和BWO变到了轨迹RNX和BNX。由于由不均匀水平偏转场引入的过不均匀的倾斜力，从而外侧电子束的交叉点实际上是在屏幕VSW后面的点PU处。这样，在点PXW（中心绿色电子束的轨迹GX的电子束落点）就产生了一种欠会聚情况。对于大屏幕宽的宽高比显像管，这种欠会聚量-△XBRW是相当大，达到2mm或者更大的欠会聚。

根据上述的讨论，人们注意到当把为4×3宽高比显像管设计的一种自会聚偏转系统应用到一个类似的16×9宽高比显像管上时，在宽屏幕上会产生一种欠会聚情况，而不是一种接近期望的会聚情况。

造成图12的屏幕VSW上电子束欠会聚的主要原因是偏转平面内电子束的较大的S形间距SW。该较大的S形间距是由于宽屏幕显像管的外侧电子束轨迹BWO和RWO的较浅的倾斜或较小的中心屏幕会聚角造成的。

因为偏转平面中的S形间距较大，所以，外侧电子束在远远离开纵轴的点上进入水平偏转场。这样，由一个外侧电子束遇到的强度之间产生了和中相当大的差异。于是，在图12中，当外侧电子束以一角度θH偏转到点PXW，并穿过水平偏转场时，同兰色电子束B相比，红色电子束R将与一个很强的水平偏转场互相作用。在外侧电子束上增加发散力的结果，在屏幕VSW的后面，而不是前面建立了一个交叉点PU。

图13中的曲线55示出了为什么在宽屏幕显像管中较小的中心屏幕会聚角θCW会在屏幕VSW上产生欠会聚情况的原因。在电子枪出口平面，在纵向位置ZE处，外侧电子束的间距与类似的窄屏幕显像管的一样具有相同的值-△XBRE，这一间距等于2倍的S形间距即-2sE。

由于宽屏幕显像管中的电子束轨迹的较浅的起始倾斜，所以外侧电子束的间距以一个很小的比率减少，产生了图13中的曲线段55a。当电子束从电子枪出口平面运行到靠近纵向位置ZD1的水平偏转场的入口区域时，在入口区域的外侧电子束间距-△XBR3在量值上大于窄屏幕的外侧电子束间距-△XBR1。结果，当电子束从入口区域点ZD1到出口区域点ZD2穿过偏转区域时，一个较强的发散力作用到外侧电子束上，使得外侧电子束间距缓慢的减少。这一点由较缓的曲线段55b表示出来。在点ZD2靠近偏转场的出口区域，外侧电子束间距-△XBR4在量值上比窄屏幕显像管的外侧电子束间距-△XBR2大的多。

结果，当进入偏转系统区域后，外侧电子束一直被有效地偏转，使其会聚到屏幕VSW上。如图13所示，电子束从偏转场的出口区域射出后，当其已经到达在纵轴位置ZWX处的屏幕VSW时，外侧电子束间距（如曲线段55c所表示的）产生了一个-△XBRW的欠会聚。

按照本发明的设计，图5的偏转系统40被设计提供电子束的自会聚以及在图4的宽屏幕显像管30中电子束的偏转。这种设计考虑了在具有相同最大水平偏转角、对角线长度和屏幕外形的16×9宽的宽高比显像管和类似的4×3窄宽高比显像管之间、管子基准线/偏转平面上S形间距的不同和中心屏幕会聚角的不同。

此外，按照本发明的一个方面，改善了水平偏转场的谐波分布，以便消除在16×9宽的宽高比屏幕的主轴的两端本来是一种大的会聚失调的情况。基于上述提到的在管子基准线/偏转平面上S形间距的不同和中心屏幕会聚角的不同，这种改善主要是通过变化相对于基波的三次谐波的幅度来实现的。

虽然可尝试对高次谐波进行改善以便对上述的会聚失调情况进行校正，但是，对这些较高次谐波成份易于引入不希望的其它类型的会聚误差和光栅畸变。

消除会聚失调情况所需对三次谐波的改变量，可以通过分析偏转系统光电子特性的误差理论来确定。下面使用的符号是一种适于在误差理论中使用的符号，其中，H0（Z）和H2（Z）是代表高斯偏转场的场分布函数，X²代表水平偏转场的横向不均匀性，这种不均匀性按照一个水平偏转场内的幂级数展开式生成。这一理论在如由J.Kanshoek撰写的论文（发表在菲利普研究报告增刊，1968年第11号）和在由J.Gross  and  W.H.Barkow申请的美国专利U.S.4329671（发明名称为：“低灵敏度校正自会聚一字形彩色显示器”，1982年5月11日公开）中给予了详细的阐述。

如前面提到的，沿屏幕的主轴的自会聚需要一个通常枕形的水平偏转场。一个枕形偏转场的特征由一个H2场分布函数来表明。按照本发明的特征，在一个宽屏幕显像管中的水平偏转场的三次谐波成份，相对于一个类似的窄屏幕显像管中的三次谐波，应该按照下列的不均匀比率减少;

H2R＝h2_（TW）÷h2_（TN）＝{H2}_（TW）÷{H2}_TN

其中，h2＝{H2}÷{H0}，TW和TN被分别定义为宽屏幕和窄屏幕显像管的中心屏幕投射距离。｛H0｝和｛H2｝是有效高斯和X²-不均匀性场分布函数，如将要在下面描述的。

从上面的等式人们注意到，h2是对高斯偏转规范化了的场分布函数。人们还会注意到，h2{H0}和｛H2｝是投射距离参数TW和TN的函数。

在误差理论中，有效场分布函数｛H0｝和｛H2｝根据水平偏转场的有效长度le来确定。该有效长度le被定义为一个长方形的宽，该长方形具有与高斯场分布函数H0确定的面积相同的面积，并且有一个等于函数H0的最大值HO（max）的高。该长方形以在纵轴上的点Z0为中心，在该点设置偏转平面。

相应于图5的一个自会聚宽屏幕偏转系统40的实施例。图14示出了作为一个Z的函数的H0的曲线57，所说的实施例在图4的宽屏幕显像管中提供三个一字形电子束的偏转。在图14中纵坐标轴以任意单位刻度，并且横坐标轴的零点被定为磁芯50的入口端。

如图14所示，由线H0在主偏转区域内-Z轴点ZM处（偏转平面的电子枪一侧）达到一最大值HO（max）。长方形58具有同HO曲线57的相同的面积，而且具有等于其有效长度的宽度和等于HO（max）的高度。

在误差理论中，基于某些简化的假设，可以定义有效高斯场分布函数｛H0｝在有效长度范围内等于常值HO（max），而在其它处等于零。然后，｛H0｝可以用HO代替，在电子束已同水平偏转场互相作用后，用于计算高斯轨迹的电子束在屏幕上的落点位置。

可以使用相似的简化程序以推导出有效不均匀场分布函数｛H2｝。然后，当分析H2对水平像散，即对会聚的影响时，可以用实际的场分布函数H2代替｛H2｝。

相对于前面讨论过的宽屏幕偏转系统40，图15示出了一个作为Z的函数的H2的实线曲线59。该H2曲线59在偏转场的入口区域（磁芯入口点的电子枪一侧）为负值。负值表示一个桶形场，它部分地由水平偏转线圈41a、b的直后部弯曲部分产生。该桶形场提供水平慧差校正。

该H2曲线在主偏转区域几乎全部为正值，并在偏转平面的两侧沿伸。正的H2值表示一个枕形偏转场。它用于提供水平的像散校正。

该H2曲线在出了磁芯的屏幕一侧的主偏转区域后。主要保持正值，从而提供N-S枕形畸变的校正。

有效H2函数｛H2｝在偏转场，即点（ZL1，ZL2）之间的有效长度le范围内等于H2（max），而在其它处等于零。在图15中，以偏转平面为中心的长方形60是函数｛H2｝的曲线。

在误差理论中，｛H｝被用作一个简化了的替代物，替代各种积分方程式中的实际函数H2，积分方程式应用在推导一般的误差表达式中，描述在屏幕上高斯电子束落点位置与由第三或第五阶误差理论计算出的电子束落点位置之间的增量△X和△Y。

作为一个例子，对于水平像散，S2积分借助系数A₄是对会聚的一个主要影响，这里：

S2＝2/XS²∫H2X[z-zs]²dz

其中X₅是当屏幕设置在Z轴点Z₆时，屏幕上高斯偏转点的X坐标;其中X是电子束高斯轨迹（该轨迹是Z轴位置的函数）;其中系数A₄被使用在水平像散方程中：

△_XB-R＝2A₄Xs²Xs′

其中△XB-R是在屏幕X坐标θ_XS兰色和红色外侧电子束的水平间距;XS'是在屏幕坐标X_S电子束轨迹的斜率;并且其中：

A₄＝>

TO是中心屏幕投射距离;其中λ＝le/DD是偏转和弧矢平面的间距。

从以上S2积分的方程式中人们注意到，S2积分的自变量是加权H2表达式H2X[z-zs]²，该自变量在图15中用虚线曲线61示出。曲线61主要地包括有一个大的正凸起部61a，它靠近偏转平面耸起。S2积分与曲线61下的面积成比例，由于大的正凸起部61a，因而S2积分是正值。

通过适当地设计水平偏转绕组，对于一个A₄系数（如上面定义的）为零的点，即△XB-R＝0，使S2积分为正值，从而消除水平像散。

如前面所述，S2积分的自变量是加权H2表达式H2X[z-zs]²。通过使用有效H2函数｛H｝，该S2积分方程式简化为：

S2＝2｛H2｝/Xs²∫X（z-zs）²dz

这样S2变成与被Z轴距离的平方加权的高斯轨迹（来自屏幕电子束的高斯轨迹）的积分成正比，其中仅仅是在有效长度le范围内求积分。

当对宽屏幕显像管中的偏转系统所需要的自会聚参数进行分析时，利用有效场分布函数｛H0｝和｛H2｝作为这样分析的成份，所需的不均匀比率H2R（前面定义的）变为：

$>>H>2>R>=>>>[>6>d>->\lambda >]>[>10>->5>\lambda >+>>\lambda >2>>]>>>[>6>d>->\lambda >]>[>>>10>d>>2>>->5>d\lambda >+>>\lambda >2>>]>\; >>>$

其中

d＝TW÷TN

λ＝le÷TN

从上面的方程式中，人们注意到d是宽屏与窄屏幕中心投射距离的比率;λ是水平偏转场的有效长度与窄屏幕中心投射距离的有效比率。

鉴于比率λ＝le÷TN小于比率d＝TW÷TN，所以可以作进一步简化，不均匀比率H2R的表达式变为：

H2R＝1/d

相对于在宽屏幕偏转系统中减少水平三次谐波的需求，可以执行相似的分析，以构成一个S2积分比率。这样以达到补偿由于中心投射距离与类似的窄屏幕显像管的不同。存在在宽屏幕显像管中的比较严重的欠会聚几何情况。一个S2比率S2R可以被定义为：

S2R＝S2（TW）÷S2（TN）

其中，前面提供的S2积分方程式变成了各自中心投射距离TW和TN的参数。

基于误差理论，相对于一个类似的窄屏幕偏转系统的三次谐波的设计，当改善宽屏幕偏转系统的三次谐波成份时，一个宽屏幕偏转系统的设计应该满足下面的S2比率方程式;

S2R= (6d-λ)/(［6-λ］d²)

当比率λ的值小小于比率d的值时，S2比率简化为：

S2R＝1/d

这与上面所说的简化后的H2比率，H2R一样具有相同的要求。

人们从图15注意到S2曲线61和H2曲线59在水平偏转场的有效长度le的范围内都分别示出了正的凸起部61a和59a。这些正的凸起部是对水平像散校正的主要影响。这样，两个比率完全相等：

S2R＝H2R＝1/d

可以在此基础上进行解释。

按照本发明的一个方面，相对于在类似的窄屏幕显像管中的三次谐波成份，宽屏幕显像管的水平偏转场的三次谐波成份应该被减少到这样一个量，该量保证不均匀比率，或者S2比率等于1/d（两个管子的中心投射距离比率的倒数）。

因为宽屏幕和窄屏幕显像管都具有相同的水平偏转角2θH和相同的对角线，所以在中心屏幕投射距离TW和TN与显像管屏幕宽高比αW和αN之间存在下列几何关系：

$>>d>=>TW>÷>TN>=>>[>1>+>\alpha >>N>>->2>>>]>/>[>1>+>\alpha >>W>>->2>>>]>>>>$

其中αW和αN分别等于宽的宽高比和窄的宽高比显像管屏幕的宽高比。

鉴于上面投射距离与宽高比之间的关系，不均匀比率H2R可以按如下表示：

$>>H>2>R>=>1>/>d>=>>[>1>+>\alpha >>W>>->2>>>]>/>[>1>+>\alpha >>N>>->2>>>]>>>>$

作为一个例子，对于一个窄屏幕4×3宽高比αN＝1.33，和一个宽屏幕宽高比αW＝1.78，该H2比率变为：H2R＝0.92。

由上面的关系人们注意到，为了在一个宽宽高比显像管屏幕的主轴的两端保持会聚，在一个自会聚宽屏幕偏转系统设计中，相对于在类似设计窄屏幕偏转系统中的三次谐波，减少水平偏转场的三次谐波是有益的。该三次谐波被减少到一个能使不均匀比率H2R或者S2比率X2R等于两个显像管的投影距离的量。这样，在屏幕两端的水平像散可以得到相当的校正，例如，会聚失调的量可被减小到大约1.5mm或更少。

上述关系的重要性随水平偏转角、中心屏幕投射距离和对角线长度的增加而增加，并且当宽高比变得较宽时，例如对于66cm（26V）与96.5cm（38V）之间的对角线长度，宽高比在1.67（5×3）和2.0（2×1）之间，并且大的水平偏转角接近96°。

通过增加在图6、7和9中的每个水平线圈41a和41b（在远离水平轴的倾斜位置的部位53的一侧）中的导线量，可以有利地减少水平三次谐波。当在这些位置增加导线后，窄窗46使得水平偏转场的枕形稍有减弱，因而减小了正三次谐波的幅度，进而减小了正H2场分布函数的幅度。为了沿16×9宽高比显像管的主轴提供自会聚。对导线的量和他们的倾斜位置的改变应达到使不均匀比率H2R或S2比率S2R等于投射距离比率d的倒数，这样一种满意的情况。

虽然也可以通过改善较高次谐波来消除欠会聚情况，但是，这样一种改变可能会引入其它不希望有的误差。例如，可以改善水平五次谐波以便抗消太强的正三次谐波的作用。然而，一种不希望的伴生产生将会加重N-Sgullwing误差和引入边角会聚误差。因而，按照本发明的一个方面，借助于H2或S2比率，三次谐波是实现自会聚的主要方法。

表Ⅱ列出了在本发明的一个实施例中，相应于宽屏幕显像管30偏转系统40的自会聚的各种参数。

表Ⅱ

DW＝86.3cm  tan（θCN）＝0.0143203

tan（θCW）＝0.013391

2XW＝75.2cm

2YW＝42.2cm  2sN＝10.102mm

2sW＝10.290mm

2θDW＝106°

2θDN＝110°

水平线圈长度＝82.5mm  2θH＝96°

2θYW＝60°

磁芯长度＝43.1m  2θYN＝80°

距弧矢平面高度  le＝69.1mm

在±XW＝42mm

距弧矢平面高度  αW＝1.78

在±XY＝20mm

距弧矢平面高度  αN＝1.33

在屏幕边角＝59mm

TN＝352.7mm  从磁芯入口到偏转平面

TW＝384.2mm  的Z-间距＝31.4mm

从水平线圈的后部到偏转平面的

Z-间距＝54.3mm

对于典型实施例的垂直偏转线圈，当对其导线的倾斜分布进行谐波分解时，它具有下列系数，并以基波AO归一化：

A3/AO＝-0.25  A5/AO＝+0.08  A7/AO＝0  A9/AO＝-0.55

对于典型实施例的水平场分布函数H0，H2，H4和垂直场分布函数V0，V2，V4被显示在图16-21中。

另一种描述典型实施例的磁场的方法是利用磁场强度H的无向量位ψ的谐波曲线。该无向量位的谐波直接涉及磁场强度的谐波，并且仅仅产生的是奇次谐波。图22和23示出了水平和垂直无向量位的最初的五个谐波。这些无向量位可以经由一转换平面测量的磁通量描绘仪数据计算出。所说的转换平面被宽屏幕显像管的起始扩张部分的内表面轮廓限定和包围着，但间隔2.5mm。上述用来获取数据的转换平面在图24中示出。