Les tubes cathodiques couleurs

Dans les téléviseurs couleurs, la synthèse des images couleurs se fait au niveau du tube cathodique, à l’aide des trois couleurs rouge, verte et bleue, puisque nous avons vu en colorimétrie qu’il était possible d’obtenir pratiquement toutes les couleurs à partir de ces trois couleurs primaires.

Pour effectuer cette synthèse, de nombreuses solutions ont été ou sont encore utilisées. On peut tout d’abord, utiliser trois tubes cathodiques classiques identiques à ceux utilisés en noir et blanc et munis de filtres colorés, l’un rouge, l’autre vert et le dernier bleu.

I – Dispositifs à trois tubes images

On réalise la superposition des trois images à l’aide de miroirs convenablement disposés permettant au spectateur de ne voir qu’une seule image en couleurs.

Plusieurs solutions sont possibles. La première (figure 1 a) utilise deux miroirs réfléchissants et deux miroirs spéciaux appelés dichroïques. Un miroir dichroïque est un miroir qui réfléchit les rayons lumineux dont la longueur d’ondes se situe dans une certaine plage et se laisse traverser par les rayons lumineux dont la longueur d’onde n’appartient pas à cette portion de spectre. Par exemple, un miroir dichroïque bleu se laisse traverser par toutes les longueurs d’ondes supérieure à 0,5 microns, mais réfléchit les longueurs d’ondes inférieures à 0,47 microns. Entre ces deux valeurs, la réflexion se fait graduellement. Ce premier dispositif permet de placer les trois tubes cathodiques les uns à côté des autres.

Le deuxième système (figure 1 b) n’utilise plus que deux miroirs dichroïques.

Le troisième système (figure 1 c) emploie deux miroirs dichroïques croisés. C’est la solution la plus compacte et la moins onéreuse.

Ces diverses solutions ont l’avantage de donner une bonne image mais présente, en revanche, un certain nombre d’inconvénients :

La présence de trois tubes cathodiques rend le récepteur extrêmement encombrant, et surtout, ne permet absolument pas de lui donner une forme tout écran ou extra plate, séduisante pour le téléspectateur.

Les miroirs dichroïques et les filtres sont très coûteux. On peut cependant supprimer les premiers aux prix d’une perte de lumière, en les remplaçant par des simples séparateurs qui transmettent ou réfléchissent 50% de la lumière sur toute la plage des couleurs. On peut également supprimer les filtres en utilisant trois tubes dont les phosphores donnent directement les couleurs respectivement rouge, vert et bleu.

La superposition correcte des trois images exige des précautions d’ordre électrique, qui, à vrai dire, n’entraînent pas de difficultés trop grandes. Il suffit, pour que les trois balayages soient identiques, que les trois ensembles de déflexion soient identiques et alimentés par des courants identiques, donc par exemple, montés en série.

Enfin, la superposition optique des trois images exige que les miroirs et les tubes soient réglables en position et en orientation.

Sans poser de problèmes insurmontables, cette condition complique cependant la construction du récepteur.

Pour toutes ces raisons, la solution à trois tubes n’est guère employée sauf pour certains récepteurs de contrôle, pour lesquels la qualité de l’image qu’elle permet d’obtenir est un facteur important.

Ce genre de dispositif à trois tubes est employé également dans les dispositifs à projection sur grand écran destinés aux salles de conférence, à usage professionnel.

Trois tubes à projection, équipés de filtres respectivement rouge, vert et bleu, projettent trois images qui se superposent sur un écran de grande surface pour former une image en couleurs. Ces appareils de plus en plus compacts et performants au niveau de la luminosité, ont tendance à se répandre petit à petit dans le grand public. Certains désirent, en effet, regarder les émissions télévisées ou les cassettes vidéo sur un écran de plus grandes dimensions qu’un écran de tube cathodique limité en diagonale.

La THT utilisée dans ces appareils atteint des valeurs importantes de l’ordre de 40 à 60 kilovolts.

La superposition des trois images se fait à l’aide de miroirs et d’un système de lentilles assez complexe.

Ces appareils sont, toutefois, très peu répandus et la quasi totalité des téléviseurs est équipée d’un tube trichrome unique. De nombreux types de tubes trichromes ont été imaginés et nous allons les passer en revue après avoir examiné un dispositif qui date de 1928 et qui fut adopté officiellement aux Etats-Unis pendant prés d’un an (1950 – 1951), le tube à disque tournant.

II – Tube à disque tournant

Ce système utilise un tube cathodique unique noir et blanc devant lequel tourne un disque à secteurs colorés rouge, vert et bleu. Ce disque tourne en parfait synchronisme avec un second disque similaire disposé devant la caméra de prise de vue (figure 2) .

Le filtre vert doit se trouver devant le cathoscope lorsque le récepteur reçoit le signal correspondant à l’image verte et de même pour les autres couleurs. Le système est dit séquentiel en trames car chaque couleur est retransmise séparément des autres pendant une trame.

La succession des secteurs colorés s’effectue de façon que l’on ait l’entrelacement suivant :

1^ère image : 1^ère trame vert

2^ème trame bleu

2^ème image : 1^ère trame rouge

2^ème trame vert

3^ème image : 1^ère trame bleu

2^ème trame rouge

etc. ……..

Le papillotement du vert étant gênant, on porte la fréquence image à 75 images par seconde, c'est-à-dire à trois fois la fréquence usuelle.

Le grand inconvénient est la parallaxe de temps. Si un objet se déplace rapidement, il y a apparition de franges colorées.

Il en est de même pour un déplacement rapide de l’œil du téléspectateur.

Ce système a été abandonné rapidement à cause de ces défauts et du bruit engendré par le disque tournant devant l’écran. Toutefois, ce système fut très employé dans les pays chauds, il servait de climatiseur.

III  – Tubes trichromes

Plusieurs dizaines de solutions ont été proposées et essayées avec plus ou moins de succès. Il est bon de voir rapidement les solutions les plus intéressantes et reposant sur des bases solides.

Quelles sont les principales exigences auxquelles doit répondre un tube de restitution ? Pour qu’un tube de restitution en télévision couleurs soit exploitable, il doit répondre à plusieurs critères :

La résolution de l’image doit être correcte.

Les couleurs doivent être bonnes, franches, lumineuses, contrastées.

Le tube image doit être compatible, c'est-à-dire qu’il doit pouvoir reproduire indifféremment les images couleurs ou noir et blanc. Dans le cas de la reproduction de l’image en noir et blanc, la qualité de l’image doit être au moins égale à ce qu’elle est avec un cathoscope de téléviseur noir et blanc.

La fiabilité du tube couleurs doit être approximativement la même que celle d’un cathoscope noir et blanc (environ sept ans pour une utilisation normale).

Comme on peut le voir, ce sont des exigences assez difficiles à concilier, sans parler du prix du tube qui ne doit pas excéder trois à quatre fois celui d’un cathoscope noir et blanc.

Les tubes peuvent être du type simultané ou séquentiel, selon leur manière d’utiliser les informations que leur fournit le récepteur.

Actuellement, tous les systèmes de télévision en couleurs délivrent au tube quatre informations simultanément :

Une information de luminance.

Trois informations de chrominance.

La restitution sera dite simultanée, si les trois couleurs sont mises en jeu simultanément.

Elle sera dite séquentielle, si la restitution des couleurs se fait à tour de rôle.

Si la restitution est simultanée, trois canons sont nécessaires.

Si elle est séquentielle, un canon seulement est nécessaire.

A) Tube à lignes de couleur

La première idée qui peut venir à l’esprit est de disposer sur l’écran du tube des lignes de phosphores différents, destinées à fournir les trois couleurs primaires, c'est-à-dire le rouge, le vert et le bleu (figure 3) .

Le faisceau électronique balaie successivement une ligne rouge, une ligne verte, puis une ligne bleue.

Dans le cas où le tube comporte qu’un seul canon, les informations de chrominance doivent se présenter au canon, ligne après ligne.

Un tel tube appartient donc à la catégorie séquentielle à un canon.

D’autre part, un tel tube présente l’avantage d’être compatible, puisqu’il peut indifféremment recevoir des informations couleurs (qui doivent alors se présenter séquentiellement bien sur), ou des informations achromes.

Les lignes de couleur sont suffisamment serrées pour qu’à distance normale d’observation, l’écran paraisse blanc.

Cette solution semble très séduisante au premier abord. Elle ne l’est pas en pratique pour les raisons suivantes :

Le balayage horizontal doit être parfaitement linéaire, de façon qu’une information donnée ne morde pas sur les lignes voisines. La précision devrait être de 1/1000. Malheureusement, une telle linéarité est presque impossible à réaliser et on considère que la production industrielle est de bonne qualité lorsque la linéarité de balayage est de l’ordre de 7%.

Les informations couleurs se présentant séquentiellement, des effets stroboscopiques gênants se produisent.

B) Tube à surfaces de couleur

Dans ce type de tube, on divise l’écran en trois tranches verticales recouvertes respectivement de phosphores rouge, vert et bleu (figure 4) .

Un système optique reprend les trois images obtenues dans les trois couleurs fondamentales et les superpose sur un écran d’observation.

Ce système n’est évidemment pas compatible, puisque les balayages ne sont pas les mêmes qu’en noir et blanc.

Il convient uniquement aux procédés dits optiques que nous avons examinés précédemment. Ce tube n’a pas reçu d’application.

C) Tube à couches de couleur

L’écran de ce tube est recouvert de trois couches de phosphores respectivement rouge, vert et bleu (figure 5) .

Supposons que nous désirions reproduire la couleur bleue : nous accélèrerons les électrons par une tension de 10 000 volts par exemple.

Pour reproduire le vert, il faut que les électrons pénètrent plus profondément dans les couches de phosphores : une THT de 20 000 volts par exemple.

Pour le rouge, les électrons devront pénétrer encore plus profondément, la valeur de la THT sera alors portée à 30 000 volts.

Ainsi, la reproduction des couleurs se fait par modulation de la vitesse des électrons.

Ce type de tube est assez séduisant à première vue, puisqu’il permet d’assurer une superposition automatique des trois couleurs primaires.

Malheureusement, il n’est pas compatible car la commutation des couleurs demande la commutation de très hautes tensions, ce qui est extrêmement délicat à réaliser pratiquement.

Ce tube est à classer dans la catégorie mono canon et à restitution séquentielle.

D) Tube à pyramides de couleurs

L’écran de ce tube est recouvert d’une multitude de petites pyramides qui constituent une portion de cube (figure 6) .

Les trois faces de chaque tube sont recouvertes de phosphores donnant chacun une des couleurs fondamentales. Ce tube comprend trois canons.

L’orientation relative des pyramides et des faisceaux est telle, que chacun des faisceaux électroniques ne peut frapper qu’un seul côté des cubes, celui correspondant à l’une des couleurs primaires.

Le tube est donc à reproduction simultanée, mais la grande difficulté de réalisation pratique provient des angles très différents sous lesquels doivent arriver les trois faisceaux.

Le tube sera donc très encombrant par construction, puisqu’il devra comporter trois canons disposés au sommet d’un tétraèdre. Un tel tube est évidemment compatible.

E) Le tube banane

Le nom du tube provient essentiellement de sa forme allongée. Ce tube associé à un dispositif opto - mécanique que nous allons voir, donne une image virtuelle en couleurs.

L’écran du tube est formé essentiellement d’une bande composée de trois lignes colorées (figure 7) .

Ces lignes ont une longueur L égale à la largeur de l’image et une hauteur totale h, égale à la hauteur d’une ligne de l’image.

Au balayage horizontal normal, on superpose un mouvement sinusoïdal dans le sens vertical, qui fait balayer alternativement les trois bandes de couleurs par le spot.

Ce mouvement doit évidemment être effectué à haute fréquence, et en synchronisme avec le commutateur qui aiguille les trois informations de couleurs sur le tube.

Autour du tube, tournent trois lentilles cylindriques solidaires d’un tambour opaque et qui, avec le jeu d’un miroir hyperbolique, donnent à l’œil l’illusion d’une image plane (figure 8) .

Dans le tube banane, une seule ligne est donc balayée, le balayage image étant obtenu par voie mécanique et c’est là, évidemment, que réside le point faible de ce tube.

Le tube est constitué d’un col cylindrique de 35 mm de diamètre et de 200 mm de long qui contient le canon.

Le col est prolongé par l’ampoule proprement dite de 100 mm de diamètre et de 500 mm de long.

La bande, constituée des trois lignes de phosphores, est placée sur un support de la paroi, parallèlement à une génératrice (figure 9) .

On remarquera sur cette figure, comment la trajectoire du faisceau doit être déviée, de façon que les électrons frappent leur cible sous un angle voisin de la normale.

La bobine de concentration est destinée à une correction dynamique. Le balayage lignes s’effectue à l’aide d’une bobine allongée placée sur le col du tube.

Le balayage exige une THT assez élevée, de l’ordre de 25 000 volts avec un courant pouvant atteindre 3 mA.

La puissance dissipée sur l’écran étant assez forte, une ailette métallique de refroidissement a été prévue.

Le problème le plus important est évidemment l’entraînement à la vitesse exacte et constante du tambour optique.

Celui-ci est entraîné par un moteur à cage d’écureuil à une vitesse de 1000 tours par minute, vitesse légèrement supérieure à celle de la synchronisation.

Un freinage magnétique (par courant de Foucault) ajuste la vitesse pour obtenir le synchronisme.

La référence de position des lignes est fournie par un ensemble constitué par une ampoule de cadran et une photocellule.

Du fait de l’inertie appréciable du tambour tournant, l’entrelacement est assuré sans difficulté.

Le spot semble être relativement gros, mais le tube banane, développé en Grande Bretagne par Mullard, reste cependant, satisfaisant pour la définition à 405 lignes de ce pays.

Le plus intéressant est que ce tube fournit une image de belle brillance, exempte de reflets. Ce tube est du type mono canon, donc à reproduction séquentielle.

F) Tube à indexation ou à faisceau asservi

1) Principe de fonctionnement

Le tube à faisceau asservi est à canon unique. Les phosphores rouge, vert et bleu sont déposés en minces bandes verticales.

Le faisceau cathodique balaie régulièrement l’écran, donc pour chaque point, il passe successivement sur les trois bandes colorées constituant une triade.

Il faut donc que le canon soit modulé à chaque instant par le signal de couleur correspondant à la bande colorée que le faisceau est en train de balayer.

Le canon devra donc recevoir les trois signaux de couleur par l’intermédiaire d’un commutateur asservi à la position exacte du faisceau sur l’écran.

Pour réaliser ceci, on peut commuter périodiquement le faisceau d’un phosphore adjacent, en utilisant une information de couleur reçue par le canon ou bien utiliser la position instantanée du faisceau pour contrôler le rythme de sa commutation d’un phosphore à l’autre (figure 10) (le faisceau à ce moment là ne reçoit plus d’information couleur).

Il faut, dans ce dernier cas, disposer d’un tube chercheur de spot qui commande le rythme de la commutation (figure 11) .

Examinons les différentes méthodes qui ont été proposées pour parvenir à ce résultat.

2) Tube utilisant un matériau photorésistant

L’écran de ce tube est constitué de la façon suivante (figure 12) : sur une plaque de verre (1) sont disposées des bandes verticales de matériaux fluorescents colorés (3) (phosphores) du côté canon électronique.

Sur la face opposée de cette même plaque, on dépose des bandes minces d’un matériau conducteur et coloré (4), bandes isolées entre elles bien sur, mais correspondant exactement en position et en couleur aux bandes de phosphores.

Ces bandes sont alors recouvertes d’un matériau photorésistant (5). Une feuille continue d’un matériau conducteur transparent (6) est enfin appliquée sur l’ensemble des bandes précédentes.

Une plaque de verre (2) protége et forme la face avant proprement dite du cathoscope.

On relie ensuite toutes les bandes conductrices (4) rouges ensemble, puis les bandes vertes et enfin les bandes bleues.

On applique une tension de polarisation entre chacune des trois connexions correspondantes et la couche conductrice (6).

A tout instant du balayage, le spot lumineux produit une lumière dont la couleur dépend du phosphore excité.

La lumière ainsi émise traverse la plaque de verre (1), puis le matériau conducteur(4) et parvient sur la couche photo conductrice (5) dont elle fait varier la résistance.

Cette variation de résistance provoque une variation du courant, du fait de la tension de polarisation appliquée.

Cette variation de courant se traduit par une impulsion, qui peut être appliquée au commutateur du canon et effectuer la commutation de couleur appropriée.

3) Tube asservi utilisant un matériau photo émissif

La coupe de l’écran de ce tube est représentée en (figure 13) .

Le principe est sensiblement le même, mais le matériau (5) n’est plus photo résistant mais photo émissif, et la couche conductrice (6) est disposée dans ce tube contre la paroi interne de la face du tube.

Le fonctionnement est le suivant : les électrons frappent les phosphores R ou G ou B . La lumière émise traverse les différentes plaques (1), (4) et provoque dans la couche photo émissive (5), le départ de nouveaux électrons qui sont recueillis par la couche conductrice (6).

Il en résulte à nouveau, un courant entre les bandes (4) correspondant à la couleur de l’élément de phosphore frappé par le faisceau et la couche (6).

Ce courant est utilisé pour provoquer une impulsion de commutation qui est appliquée au commutateur de couleur.

4) Tube Pomme (ou tube Apple aux Etats-Unis et tube Zèbre en Angleterre)

Ce tube est de type à indexation, mais au lieu d’utiliser un matériau photo résistant ou photo émissif, on emploie le phénomène d’émission d’ultra violets par un phosphore déposé sous forme de bandes parallèles aux bandes de phosphores normales, par-dessus l’aluminisation (figure 14) , la lumière UV émise atteint un multiplicateur d’électrons extérieur au tube.

C’est ce dernier qui délivre le signal de commutation. Il faut remarquer que, dans ce cas, on recueille une seule impulsion par triade de bandes colorées, et que cette impulsion ne peut donc plus servir directement à commander le commutateur de couleur, mais seulement à synchroniser son fonctionnement.

Les tensions nécessaires au fonctionnement de ce tube sont de 27 000 volts pour l’écran qui se trouve déposé directement sur l’ampoule, et un tension de 30 000 volts pour le conducteur déposé sur l’enveloppe pour recueillir les électrons secondaires.

Dans certains tubes, on a même prévu une optique cylindrique pour donner au spot une forme allongée dans le sens des bandes, afin d’accroître la pureté des couleurs.

Ces types de cathoscope sont à classer dans la catégorie mono canon à reproduction séquentielle.

Les inconvénients de ces tubes sont :

La vitesse de commutation doit être très rapide, puisque, d’après la dimension adoptée pour les bandes de phosphore, la fréquence de commutation est de l’ordre de 6 MHz.

Si l’on désire un fonctionnement correct sans avoir à faire appel à des solutions très complexes dans la commutation, il faut un balayage rigoureusement linéaire(de l’ordre de un pour mille), toujours très difficile à obtenir.

La (figure 15) représente le schéma de principe du circuit correspondant à un tube Pomme. On remarque que la commutation sur chaque triade de phosphore est obtenue à partir d’une ligne à retard.

Les circuits porte R, G et B sont débloqués par l’impulsion de commande convenablement retardée par une ligne à retard, qui fonctionne en distributeur d’impulsions.

Le passage des informations simultanées en informations séquentielles, est réalisé ainsi d’une manière particulièrement élégante.

G) Tube C.F.T.

La Compagnie française de Télévision a étudié un tube trichrome (figure 16) composé de la façon suivante :

Un écran plan ligné

Une grille à fils parallèles verticaux

Trois canons

L’écran est constitué de bandes de phosphores parallèles disposées verticalement et alternativement rouge, bleu, vert….

Chaque triade de phosphores est extrêmement mince, puisqu’elle ne dépasse pas 1 mm.

La grille comprend un cadre métallique sur lequel sont tendus des fils parallèles. La grille et l’écran sont assemblés parallèlement l’un à l’autre.

La grille est portée à une tension de huit kilovolts par rapport aux cathodes des canons, tandis que l’écran nécessite une tension de 24 000 volts.

Les électrons issus de chaque canon sont donc post accélérés et focalisés sur les phosphores correspondants (figure 17) .

Le tube comporte encore un ensemble de convergence statique et dynamique et bien entendu, le bloc de déflexion classique.

Sur la (figure 18) est représenté la vue éclatée du tube.

L’ensemble de ces conceptions, tant techniques que technologiques, rend ce tube particulièrement intéressant :

Image plane

Brillance élevée

Faibles énergies mises en jeu pour la déviation et la modulation

Faible consommation

H) Tube Lawrence (ou à post accélération)

La Général Electric a étudié et réalisé un tube cathodique à trois canons particulièrement lumineux qui peut, en effet, être observé dans une pièce très éclairée, ce qui est loin d’être le cas pour tous les tubes.

Dans celui-ci, les phosphores sont déposés en lignes verticales (figure 19 ) suffisamment fines et rapprochées, pour qu’à distance normale de vision de l’œil ne les distingue pas les unes des autres.

Derrière l’écran est disposée une grille en fils très fins, à raison d’un fil par triade de bandes, placé à une position bien déterminée par rapport à cette triade.

Les trois canons sont disposés les uns à côté des autres dans un même plan horizontal.

Les conditions normales de fonctionnement sont telles, que l’anode finale du tube cathodique est portée à une tension de l’ordre de 6500 volts.

La grille de déviation placée derrière l’écran, est maintenue à une tension de 200 volts inférieure à celle de l’anode finale.

L’écran, lui, est porté à une tension de l’ordre de 25 000 volts.

A la (figure 20) est représenté le fonctionnement de la grille d’une manière simplifiée.

La séparation angulaire des trois faisceaux a été fortement exagérée pour bien montrer leur trajet.

En réalité, l’angle entre les faisceaux est inférieure à un degré.

Lorsque le faisceau électronique passe au travers des mailles de la grille, deux effets se produisent.

Tout d’abord, les électrons situés au centre de chaque faisceau à une déviation parabolique.

Le champ électrique intense existant entre l’écran et la grille, incurve la trajectoire des électrons et les accélère. Ils tombent sur l’écran à très grande vitesse.

Le deuxième effet du à la grille est la focalisation du faisceau.

Chaque fil de la grille, constitue avec l’écran, une lentille électrostatique qui réduit les dimensions du faisceau dans le sens horizontal dans le rapport de un à cinq.

C’est là l’un des grands avantages du tube Lawrence qui permet de pouvoir réaliser les bandes de phosphore avec de larges tolérances.

Les dimensions du faisceau étant petites par rapport aux bandes, il y a très peu de chances, pour qu’un faisceau tombe sur une bande qui ne lui est pas destinée. Ceci conduit donc à une très grande pureté des couleurs.

Un autre avantage considérable est le suivant : quoique la grille joue un rôle tout à fait analogue à celui du masque du tube Shadow Mask que nous allons examiner ci après, elle n’intercepte que très peu d’électrons, mais concentre le faisceau sur la bande colorée utile.

Le rendement lumineux est donc supérieur : 90% des électrons environ atteignent l’écran (contre 15% environ pour le Shadow Mask).

Troisième avantage : les trois canons étant dans un même plan, les dispositifs de correction de la convergence sont extrêmement simplifiés.

Enfin, son prix de revient est nettement inférieur à celui des tubes décrits précédemment.

L’inconvénient de ce tube résulte de la post accélération. Des électrons secondaires sont nécessairement émis et créent une légère teinte de fond blanche, ce qui a pour effet de diminuer un peu le contraste par rapport au tube à masque perforé.

Cet inconvénient disparaît rapidement dans une pièce légèrement éclairée. On peut aussi l’éliminer par interposition d’un filtre gris neutre.

Aucun de ces tubes ne fut retenu et c’est finalement le tube Shadow Mask qui s’est répandu dans le monde entier après avoir été présenté en 1950 par la société américaine R.C.A. .

I) Tube Shadow Mask

Le principe de fonctionnement de ce tube, est le même que celui employé en imprimerie en couleurs : chaque image est formée de nombreux petits points de différentes couleurs et de dimensions telles qu’à distance normale d’observation, ces points soient invisibles.

1) Principe de fonctionnement

Dans un tube cathodique normal, ajoutons entre le canon à électrons et l’écran, à quelques millimètres seulement de l’écran, un masque constitué par une plaque métallique percée d’un grand nombre de petits trous ronds régulièrement espacés.

Le diamètre et l’espacement de ces petits trous sont choisis de manière que la trace du faisceau électronique sur le masque en recouvre toujours au moins un, et en général plusieurs.

Tous les électrons du faisceau qui tombent sur le masque métallique sont donc arrêtés, tandis que ceux qui tombent sur un trou poursuivent leur chemin jusqu’à l’écran et font donc apparaître sur cet écran quelques petites taches lumineuses, qui sont les images des trous du masque recouverts par le faisceau électronique.

La (figure 21) donne une image très agrandie du phénomène. Evidemment, si le faisceau électronique se déplace, le trou marqué A pourra ne plus recevoir d’électrons, donc le point A’ de l’écran pourra ne plus être illuminé.

Mais ce qu’il est très important de remarquer, c’est que le point marqué B’ sur l’écran ne sera, lui, jamais illuminé par ce faisceau électronique, puisqu’il correspond à un point B du masque où il n’y a pas de trou.

Ajoutons maintenant dans notre tube cathodique un deuxième canon à électrons, placé à côté du premier. Le faisceau issu de ce deuxième canon va, lui aussi, donner sur l’écran une image des trous du masque.

Mais comme les électrons de ce deuxième faisceau ne sont plus issus de ce même point, l’image qu’il donne se trouve légèrement décalée par rapport à la première (figure 22) ,et, en particulier, il est facile de s’arranger pour que les électrons passant par le trou A de la figure illuminent maintenant le point B’ de l’écran qui n’était pas illuminé par le premier faisceau.

On peut aussi ajouter un troisième canon et disposer les trois de manière que les images du masque qu’ils donnent sur l’écran soient disposées comme le montre la (figure 23) où A1, B1, C1 représentent les images des trous A, B, C données par le premier canon, A2, B2, C2, les images des mêmes trous données par le deuxième canon, A3, B3, C3, les images des mêmes trous données par le troisième canon.

Ainsi, l’intensité du premier faisceau contrôle la luminosité des points A1, B1, C1, … exclusivement. De même, l’intensité du deuxième faisceau contrôle la luminosité des points A2, B2, C2 …

Il suffit maintenant de déposer sur les points A1, B1, C1 …, un phosphore produisant une lumière rouge, sur les points A2, B2, C2 …, un phosphore produisant une lumière verte, et sur les points A3, B3, C3 …, un phosphore donnant une lumière bleue.

Le premier canon sera alors le canon rouge du tube trichrome, le deuxième, le canon vert et le troisième le canon bleu.

Trois points voisins appelés luminophores tels que A1, A2, A3 respectivement rouge, vert et bleu (on dit qu’ils forment un triplet ou une triade) sont très rapprochés sur l’écran pour être distingués par l’œil à la distance normale de vision : ils se comportent donc comme un unique point lumineux dont la brillance et la couleur sont déterminées par les intensités respectives des trois canons.

Si par exemple le canon rouge est le seul à émettre des électrons, l’écran est entièrement rouge.

La (figure 24) représente l’écran d’un tube Shadow Mask. L’agrandissement central montre bien les triades de phosphores illuminés par les canons respectifs.

A distance normale d’observation, l’écran paraît blanc si les trois canons excitent les phosphores de façon identique.

2) Les problèmes de fabrication

Le principal problème posé par la fabrication d’un tube Shadow Mask, est l’obtention de la mosaïque en trois couleurs de l’écran.

En effet, il faut non seulement que cette mosaïque soit très précise, mais encore que chacun des points de couleur qui la constitue soit positionné de façon absolument rigoureuse par rapport à l’un des petits trous du masque.

Chaque luminophore a un diamètre de 0,4 mm,les trous du masque ont un diamètre de 0,3 mm, la distance entre le centre de deux trous voisins du masque est d’environ 0,75 mm et le masque d’un tube de 46 cm de diagonale comporte environ 350 000 trous, ce qui représente plus d’un million de points colorés sur l’écran, ce qui donne une idée de la complexité du problème de fabrication.

Pour obtenir cette mosaïque, on dépose tout d’abord sur l’écran, le phosphore correspondant à l’une des trois couleurs, le rouge par exemple.

On recouvre ensuite ce phosphore d’une mince couche d’une substance spéciale sensible à la lumière. On place ensuite devant l’écran un masque comportant autant de trous qu’il devra y avoir de triades. Chaque trou étant de la dimension du luminophore à obtenir, on illumine alors l’écran au travers de ce masque. Les points illuminés sont alors sensibilisés et fixent le phosphore rouge.

Par un procédé de lavage, on enlève ensuite le phosphore rouge là où il n’a pas été fixé par la substance photosensible. Il ne reste donc plus, sur l’écran, que les points de phosphore rouge qui constituent un tiers de la mosaïque.

On dépose ensuite une couche de phosphore bleu et on répète les mêmes opérations, en déplaçant seulement le masque de sorte que les points lumineux tombent décalés par rapport aux précédents.

On obtient ainsi les luminophores bleus, on procède de même pour les luminophores verts. Un des points le plus critique est le masque perforé qui va se trouver entre les trois canons à électrons et l’écran. Les trous de ce masque sont légèrement inférieurs (0,3 mm) au diamètre des luminophores (0,4 mm), de façon à éviter tout débordement. Chaque trou du masque doit se trouver rigoureusement sur le trajet des électrons venant du canon correspondant au luminophore intéressé. Ceci nécessite des techniques de fabrication extrêmement précises qui augmentent le prix de revient.

Le masque perforé est obtenu à partir d’une tôle de 0,1 mm d’épaisseur par le procédé de photogravure. Une couche photosensible est déposée sur les deux faces de la tôle qui est ensuite soumise à une exposition aux ultraviolets à travers un cliché négatif de la grille à obtenir. Après un rinçage à l’eau qui élimine toutes les parties non insolées, il suffit ensuite de projeter de l’acide sur la tôle pour l’attaquer et la perforer sur les parties non protégées correspondant aux trous désirés. Ce masque, après divers traitements, est enfin noirci par oxydation et soudé sur un cadre rigide.

Ce masque doit ensuite être mis en forme et positionné avec une précision extrême.

Les canons rouge, vert et bleu sont identiques et disposés en triangle équilatéral donc à 120° les uns des autres, sur un cercle commun (on parle de canons en delta). L’axe de ce cercle correspond à l’axe du tube et les directions de chaque canon convergent au centre de l’écran.

Malgré ces précautions, des dispositifs de correction sont nécessaires pour maintenir cette convergence.

La (figure 25 a ) donne la disposition des trois canons électroniques en delta et la (figure 25 b ) , la structure interne de ces trois canons.

L’enveloppe extérieure du tube cathodique est une ampoule de verre semblable à celle d’un tube cathodique noir et blanc et qui se compose essentiellement de la dalle (écran) assemblée à chaud avec le cône arrière et à l’intérieur de laquelle, on a réalisé un vide poussé. En raison de la très haute tension utilisée pour l’anode, un verre opaque aux rayons X est utilisé. Comme pour les tubes noir et blanc, une ceinture anti implosions est disposée autour de la dalle au niveau de son raccordement avec le cône.

Le cône est métallisé intérieurement et relié à l’anode accélératrice de façon à écouler les électrons arrivés sur l’écran. Ceci est facilité également par l’aluminisation de la face interne de celui-ci. L’aluminisation consiste à déposer une très fine couche d’aluminium sur la mosaïque, ce qui présente d’ailleurs un avantage, en rendant plus rigide la structure de cette dernière.

Ces tubes sont munis d’un blindage métallique externe entourant le cône arrière qui diminue l’action néfaste que peuvent avoir les champs magnétiques externes parasites sur la qualité de l’image en couleurs.

Ce blindage, qui est souvent constitué d’une tôle d’acier d’environ 0,5 mm d’épaisseur, est démagnétisé (désaimanté) régulièrement et automatiquement comme l’explique la théorie sur les alimentations de téléviseurs couleurs.

Sur le col du cathoscope sont fixés les systèmes de convergences que nous verrons par la suite.

Ces systèmes comprennent, en particulier, les aimants de convergence, l’aimant de cadrage du bleu et les aimants de pureté.

Le bloc de déflexion est semblable à celui que l’on rencontre sur les cathoscopes noir et blanc. Sa construction cependant est plus délicate, car le champ magnétique créé par les bobines, doit être rigoureusement uniforme dans toute la section du col, afin qu’il agisse de façon identique sur les trois faisceaux électroniques.

Dans son ensemble, le cathoscope trichrome se présente comme sur la (figure 26) . Pour faciliter sa réalisation, l’angle de déflexion est au maximum de 110°. Le masque est placé à 10 ou 20 mm derrière la mosaïque dont il épouse la forme.

La (figure 27) montre le même tube vu de dessus.

Chaque canon comprend, en plus de son filament et de sa cathode, une grille de commande G, une anode accélératrice G, une anode de concentration G(toujours du type électrostatique), et enfin une seconde grille accélératrice G, reliée électriquement à l’anode représentée par le cône métallique.

La (figure 28) indique le schéma électrique d’un tel cathoscope. On remarquera qu’il y a une grille G de commande pour chacune des trois couleurs, qu’il y a de même trois grilles G distinctes.

Par contre, les grilles G sont reliées entre elles et aboutissent à une seule broche, de même que les grilles G. Les filaments sont au nombre de trois et reliés en parallèle.

Les tensions requises pour le fonctionnement de ce tube sont :

6,3 volts pour les filaments (1,8 A pour les trois)

40 à 100 volts négatifs par rapport à la cathode, pour les grilles de commande G

150 à 300 volts positifs par rapport à la cathode pour les grilles accélératrices G

3 800 à 5 300 volts pour les grilles de concentrations G

20 000 à 25 000 volts pour les grilles accélératrices G pour l’anode et le masque

3) Les problèmes de réglage

Pour une bonne reproduction de l’image en couleurs, il est absolument nécessaire que les deux conditions suivantes soient exactement respectées :

a) Les trois faisceaux électroniques doivent parfaitement converger en un même point du masque, afin qu’ils frappent les points correspondants de la mosaïque dans un même triplet de l’écran (figure 29 a) .

Ce n’est qu’à cette condition que les trois luminophores, excités par les trois faisceaux, produisent un seul point lumineux (composé d’une triade), dont la teinte dépend de l’intensité des trois faisceaux. En effet, les trois luminophores de la même triade sont si proches qu’à distance normale d’observation (quelques mètres), ils ne sont vus que comme un point lumineux unique.

Par contre, si la convergence n’est pas parfaite, les trois faisceaux vont frapper l’écran en trois points différents du masque et par suite en trois triades différentes de l’écran.

Au lieu d’un seul point lumineux (blanc par exemple), on verra trois points distincts (un rouge, un vert et un bleu), comme le montre la (figure 29 b) .

En l’absence d’une convergence parfaite, les trois images colorées dans les couleurs fondamentales ne se superposent donc pas parfaitement : on obtient une image comme celle que l’on peut avoir parfois en imprimerie, où les bords de l’image montrent des franges colorées (on dit que les couleurs registrent mal).

b) Les électrons de chaque faisceau ne doivent aller frapper que les points du phosphore de la couleur qui lui correspond et non les points voisins, sinon les couleurs seront altérées.

Ainsi par exemple, si le faisceau du canon rouge vient arroser partiellement les phosphores verts voisins (figure 30) , on obtiendra, au lieu de la reproduction du rouge, une teinte jaune. La pureté de la couleur ne sera donc pas respectée.

Quelle que soit la précision avec laquelle le tube a été fabriqué, ces deux conditions ne peuvent pas être réalisées en tous les points de l’écran, sans un certain nombre d’organes de réglage et de correction qu’il est nécessaire d’ajuster à la mise en service du récepteur.

4) Réglage de la convergence statique

Pour obtenir la convergence, il faut pouvoir agir séparément sur la trajectoire de chaque faisceau.

Ceci s’obtient en plaçant à la sortie de chaque faisceau électronique, deux masses polaires (figure 25) entre lesquelles est créé un champ magnétique de direction et d’intensité réglables, au moyen des aimants de convergence et agissant sur le faisceau électronique correspondant et sur lui seul.

Pour mieux comprendre le fonctionnement d’un tel système, sur la (figure 31 a) est représenté l’un de ces aimants.

Un aimant permanent cylindrique est placé au centre d’un noyau en U. En tournant l’aimant cylindrique comme sur la (figure 31 b) , le champ magnétique est maximum dans le sens Sud Nord (de gauche à droite).

En tournant l’aimant de 180° comme sur la (figure 31 c) , le champ est encore maximum mais de sens opposé au précédent (Sud Nord, de droite à gauche). Par contre, le champ résultant est nul, si l’aimant cylindrique est tourné comme la (figure 31 d).

Un tel système permet donc de faire varier le champ magnétique, depuis un maximum dans un sens jusqu’à un maximum dans l’autre sens.

En utilisant trois noyaux et trois aimants disposés autour du col du cathoscope (figure 32) , les faisceaux électroniques pourront être déplacés comme indiqué par les flèches sur le dessin, dans un sens ou dans l’autre, en tournant simplement les aimants cylindriques.

Le point d’impact de chacun des trois faisceaux sur l’écran se déplacent donc comme indiqué sur la (figure 33 a) , et il suffit de régler chacun des trois aimants de manière que le point d’impact de chaque faisceau vienne au point C.

Il en serait ainsi si les trois faisceaux étaient exactement obtenus dans les plans contenant tous les trois le point C, centre de l’écran.

Malheureusement, ceci n’est généralement pas réalisé, et les trois traces se déplacent comme sur la (figure 33 b) .

Il en résulte qu’il est impossible d’amener le faisceau bleu, par exemple, au point C où on a amener les faisceaux rouge et vert à converger, à moins de disposer d’un organe de réglage supplémentaire permettant de déplacer la trace du faisceau bleu dans le sens DD’.

Ce déplacement peut être obtenu par un second champ magnétique, n’agissant que sur le faisceau correspondant au canon bleu et le dispositif prend le nom d’Aimant de Centrage du Bleu ou aimant de Réglage Latéral du Bleu.

Dans ce but, on place au voisinage du trajet du faisceau bleu, deux pièces magnétiques appelées expansions polaires représentées sur la (figure 34) .

A l’extérieur du col du cathoscope, on place le noyau habituel formé d’un aimant permanent cylindrique pouvant tourner autour de son axe.

Le faisceau peut alors être déplacé latéralement comme indiqué par les flèches de la (figure 34) .

5) Réglage de la pureté

L’autre condition (la pureté de la couleur) s’obtient à l’aide de deux aimants en forme d’anneau, du type de ceux utilisés sur les cathoscopes Noir et blanc, tournant sur le col du cathoscope.

On obtient ainsi un champ magnétique transversal agissant de façon identique sur les trois faisceaux et permettant de les centrer par rapport aux trous du masque, de façon que chacun d’eux ne frappe que les points de phosphore correspondant.

Ces aimants sont appelés Aimants de Pureté. Leur réglage s’effectue de façon à rendre l’écran coloré d’une teinte uniforme, lorsque deux des trois canons sont portés au cut off (bloqués).

6) Convergence dynamique

Le réglage de convergence, réalisé au moyen de trois aimants de convergence et un pour le centrage du bleu, n’est malheureusement valable qu’au centre de l’écran (convergence statique) et ne se conserve pas si l’on dévie les trois faisceaux vers le bord de l’écran, en faisant circuler un courant dans les déflecteurs.

Ce défaut est surtout visible si l’on reproduit, sur l’écran, la grille dite de convergence formée de lignes blanches horizontales et verticales sur fond noir.

En réglant au mieux les aimants de convergence, il n’est possible d’obtenir des lignes blanches que dans la partie centrale de l’écran, tandis que vers les bords, elles tendent à se diviser en trois lignes colorées.

La (figure 35 a) représente uniquement les deux lignes horizontales et verticales du centre avec les réglages de convergences statiques et dynamiques réalisés, alors que dans la (figure 35 b) , seule la convergence statique au centre de l’écran est bonne.

Ceci provient du fait que les différents points du masque et de l’écran ne sont pas à égale distance du centre du bloc de déflexion, comme on peut le voir sur la (figure 36) .

Les trois faisceaux convergent, en effet, dans la zone centrale du masque (point A) quand ils ne sont pas déviés, et vont frapper les points respectifs R, G et B de l’écran.

Par contre, lorsqu’ils sont déviés, ils convergent aux points B’ et C’ qui sont à la même distance du point 0, centre de déflexion au lieu d’aller converger aux points B et C du masque.

Pour éviter ce défaut, il faudrait que le masque et l’écran soient de forme sphérique de centre 0, ce qui en pratique ne peut se faire, car l’écran serait trop courbe pour permettre une vision correcte de l’image.

Ce défaut peut être corrigé en agissant simultanément sur les trois champs magnétiques de convergence, de manière à éloigner de 0 le point de convergence des trois faisceaux au fur et à mesure que ceux ci s’éloignent du centre de l’écran.

Cette action peut être obtenue automatiquement dans les enroulements placés sur les armatures des aimants de convergence, des courants d’amplitude et de forme déterminée qui varient en synchronisme avec les courants de déflexion qui, eux, parcourent le bloc de déviation.

On dit alors que la convergence est dynamique.

Les courants nécessaires à la convergence dynamique doivent être réglables non seulement en amplitude, mais aussi dans leur forme, de façon à obtenir la meilleure convergence en tout point de l’écran.

Pour corriger le manque de convergence du aux déplacements vertical et horizontal, chacun des trois faisceaux électroniques doit être commandé par deux courants de forme parabolique.

Ces formes paraboliques peuvent être obtenues soit par des circuits actifs(tubes, transistors), soit par des selfs et des résistances dans les récepteurs bon marché.

De toute façon, la forme d’onde finale est obtenue à partir d’impulsions prélevées sur les circuits de déflexion verticale et horizontale.

Sur la (figure 37) est représenté le schéma d’un circuit passif de convergence dynamique.

Les bobines L et L sont enroulées sur les deux côtés des armatures des aimants de convergence.

Elles sont reliées en série avec une extrémité à la masse. On applique à l’autre extrémité la tension de forme parabolique à la fréquence de 50 Hz, qui en général, disponible aux bornes du circuit RC placé dans la cathode du tube de sortie image.

Le courant qui traverse les bobines sera encore de forme parabolique, puisqu’à la fréquence de 50 Hz, les bobines se comportent pratiquement comme des résistances (de même que les bobines de déflexion verticale). L’intensité de ce courant est réglée en agissant sur le potentiomètre en série P.

La variation de la forme s’obtient en agissant sur P’ qui, avec C constitue un circuit déphaseur. Les variations que l’on obtient constituent essentiellement dans le réglage de la symétrie de la parabole (figure 38) .

Le courant parabolique à fréquence lignes est obtenue à partir d’impulsions négatives prélevées sur le transformateur de sortie lignes.

Ces impulsions sont transformées en courants paraboliques par le circuit L C.

Une fraction de cette tension est appliquée aux bobines L2 par l’intermédiaire des potentiomètres P qui règlent ainsi l’amplitude du courant.

L’impédance des bobines à la fréquence lignes étant élevée, la forme du courant est plus sinusoïdale que parabolique, mais de toute façon, convient assez bien pour la convergence.

La forme d’onde peut être modifiée dans certaines limites au moyen du condensateur ajustable C qui, avec L et L, forme un circuit oscillant à la fréquence lignes.

Les selfs L ont pour but de bloquer le passage des courants à fréquence lignes vers les circuits images.

Leur impédance est, en effet, élevée pour les courants à fréquence lignes, mais basse pour les courants à fréquence images.

Un rôle analogue est joué par les circuits R C. Leur faible impédance à la fréquence lignes laisse passer librement les courants de correction lignes, tandis que leur impédance élevée à 50 Hz empêche le passage des courants à fréquence images.

Le réglage de la convergence s’effectue en deux temps. On applique tout d’abord au téléviseur, un signal correspondant à la mire de convergences.

On règle d’abord les aimants de convergence (convergence statique) jusqu’à obtenir une image du type de celle de la (figure 35 b) , c’est à dire de façon à obtenir la superposition des trois lignes de couleur, donc des lignes blanches dans la partie centrale de l’écran.

Dans un deuxième temps (convergence dynamique), on règle les différents potentiomètres et condensateurs des circuits de correction de la (figure 37) pour obtenir des lignes blanches sur tout l’écran (figure 35 a) .

7) Circuits d’alimentation du cathoscope

Les cathoscopes trichromes nécessitent une tension anodique (THT) beaucoup plus élevée que les cathoscopes classiques Noir et Blanc, bien que donnant une luminosité de l’image plus faible.

Le masque absorbe 85% des électrons et seuls 15% atteignent les phosphores. Le courant de chaque cathode doit par suite, être environ six fois et demi plus grand que dans un cathoscope Noir et Blanc.

La tension anodique doit être de 25 000 volts environ et l’étage de sortie lignes doit pouvoir délivrer une puissance très supérieure à celle de l’étage correspondant d’un téléviseur noir et blanc.

En outre, comme la convergence dépend aussi de la valeur de la tension THT, cette dernière doit être rendue aussi stable que possible pour obtenir une bonne reproduction des couleurs.

On emploie donc un système de régulation que nous verrons dans l’examen des bases de temps lignes de téléviseurs couleurs. La (figure 39) donne deux schémas de branchements possibles d’un cathoscope.

Dans le premier (figure 39 a) ,la commande de luminosité agit sur la tension de polarisation des cathodes, tandis que trois potentiomètres ajustables servent à régler séparément une fois pour toute la luminosité des trois phosphores, de telle façon qu’en illuminant l’écran en l’absence du signal vidéo, celui-ci soit blanc : cette opération s’appelle équilibrage du blanc.

Les signaux de chrominance R, G et B sont appliqués sur les trois wehnelts.

Dans le cas de la (figure 39 b) , la commande de luminosité agit simultanément sur les trois grilles G, au moyen de deux potentiomètres P couplés mécaniquement, de façon qu’en augmentant la valeur de l’un, la valeur de l’autre soit diminuée d’autant.

L’équilibrage du blanc est encore obtenu par les trois potentiomètres ajustables P, P et P.

Cette solution est toute indiquée quand il n’est pas facile de faire varier la tension de polarisation des cathodes pour le réglage de la luminosité, comme c’est le cas par exemple lorsque le signal (- Y’) est appliqué aux cathodes.

Les signaux (R’ – Y’), (B’ – Y’) et (G’ – Y’) doivent alors être appliqués sur les wehnelts.

Citons comme exemple un tube cathodique qui fut très répandu en son temps : le tube image A66 – 120 X dont voici quelques caractéristiques.

Tube image trichrome auto protégé format 3 x 4 de 66 cm de diagonale. La ceinture métallique d’auto protection comporte quatre oreilles de fixation et laisse dégagée, la dalle de verre de l’écran qui est aluminisé.

L’angle de déviation de ce tube est de 92 degrés, on parle, pour simplifier, d’un tube de

90degrés.

La diagonale utile de l’écran lui-même est, en réalité, d’environ 62 cm, les 66 cm cités précédemment représentent la diagonale de l’ampoule de verre.

Les luminophores sont en sulfure pour les points verts et bleus et en terre rare activée à l’Europium pour les points rouges. La distance entre les centres de deux triplets voisins est de 0,81 mm.

Le culot comporte 12 broches dont la (figure 40) donne les fonctions.

Les tensions types appliquées sur ces différentes électrodes sont résumées dans le tableau de la (figure 41) .

8) Remarques

a) dimensions

Un des défauts de ce tube étant sa profondeur (52 cm), les fabricants ont pensé réduire cette dimension en augmentant l’angle de déviation, le faisant passer de 90° environ à 110° et ceci des les années 1969 / 1970.

Deux diamètres de col peuvent être adoptés pour ces tubes. Les cols minces (diamètre : 29 mm) et les gros cols (diamètre : 36 mm).

Ces deux dimensions sont dues à l’écartement plus au moins grand des trois canons entre eux. Lorsque ceux-ci sont écartés, la sélection des faisceaux de couleur par le masque est facilitée : la pureté est bonne. Par contre, si les canons sont très rapprochés, les problèmes de convergence sont moindres et les circuits intéressés sont simplifiés d’autant.

b) Inconvénients

On peut ainsi résumer les inconvénients du tube delta :

Les nombreux réglages nécessaires, à effectuer pour obtenir la convergence sur tout l’écran des trois faisceaux électroniques.

L’instabilité de ces réglages qui doivent être corrigés régulièrement du fait du vieillissement et du changement de caractéristiques des composants inclus dans ces circuits complexes et nombreux.

Les nombreux composants présents sur le col du tube cathodique.

Ces divers défauts ont amenés à essayer de simplifier tous ces circuits en adoptant le tube cathodique P.I.L. associé à un déviateur auto convergent.

j) Tubes cathodiques P.I.L.

La (figure 42) donne la structure interne de ces tubes P.I.L. (Precision In Line : précision en ligne).

Dans ces tubes cathodiques, les canons ne sont plus disposés en triangle (en delta) mais en ligne avec une précision très poussée, ne pouvant être obtenue avec la disposition en delta.

La (figure 43) donne les vues en coupe de dessus et de côté de ces canons électroniques.

Cette figure montre que, seules les cathodes sont spécifiques à chaque canon, les grilles G à G étant communes aux trois faisceaux.

Ces grilles sont perforées de trois trous disposés exactement dans l’axe des cathodes.

Ces tubes sont de type Shadow Mask mais les trous du masque perforé ne sont plus circulaires, mais oblongs dans le sens vertical et disposés comme le montre la (figure 42) .

Les luminophores sont de même forme oblongue et à chaque trou du masque correspondent trois luminophores vert, rouge et bleu disposés parallèlement (figure 44) .

A noter que le luminophore central peut être le rouge comme dans notre cas de figure ou le vert dans d’autres cas.

Chaque canon est aligné à travers les fentes du masque sur les luminophores correspondants.

Les premiers avantages de cette structure sont ceux-ci :

La surface totale des trous du masque étant plus grande que pour un tube delta, beaucoup moins d’électrons sont arrêtés : la luminosité du tube et son rendement augmentent. Cette amélioration est de l’ordre de 15%.

La forme des luminophores et des trous du masque rend ce tube beaucoup moins sensible à un décalage vertical des faisceaux électroniques dus par exemple à des variations éventuelles du champ magnétique terrestre.

Comme un décalage vertical n’affecte pas la pureté, il est possible d’orienter correctement tous les éléments rayonnants de façon qu’ils n’affecte pas cette pureté.

1) Principe de l’auto convergence

Pour comprendre ce principe, il est nécessaire de considérer à l’intérieur du tube cathodique trois plans distincts comme le montre la (figure 45) . Ces trois plans sont :

Le plan des canons duquel partent les trois faisceaux électroniques.

Le plan de déviation à partir duquel les faisceaux sont déviés par le déviateur.

Le plan de l’écran qui, comme nous allons le voir, n’est en réalité pas plat mais incurvé dans le cas des tubes P.I.L. .

Considérons tout d’abord le cas d’un tube à canons disposés en delta (figure 46) .

En l’absence de déviation, les trois faisceaux convergent au centre de l’écran.

Appliquons une déviation horizontale, par exemple vers la droite, à ces trois faisceaux.

Si le champ magnétique de déviation est anastigmatique (uniforme), les points d’impact des trois faisceaux ne sont plus confondus mais forment sur l’écran plat un triangle équilatéral dont les côtés grandissent plus on s’éloigne du centre de l’écran. Par contre, la convergence des trois faisceaux se fait sur une courbe C appelée courbure de champ (figure 47) .

En réalité, le champ de déviation étant astigmatique (en forme de coussin), il se produit des distorsions qui font que la convergence des trois faisceaux n’est plus assurée même sur la courbe C.

Par contre, lorsque l’amplitude de la déviation varie, on remarque certaines courbes intéressantes qui sont représentées sur la (figure 48) .

       L’ellipse H sur laquelle les trois faisceaux sont alignés horizontalement (ligne de focalisation

          horizontale).

Le cercle C, lieu où les trois faisceaux se retrouvent disposés en delta, reproduction inversée de la disposition des canons, appelé encore cercle de moindre confusion.

L’ellipse V, lieu où les trois faisceaux se trouvent alignés verticalement (ligne de focalisation verticale). On remarque de plus, que les faisceaux R et V sont confondus, ce qui correspond aux canons R et V disposés sur un même plan horizontal. Si l’on exploite cette propriété, on voit qu’en mettant les trois canons sur un même plan horizontal, on obtiendra une superposition des trois faisceaux. En donnant au masque et à l’écran la courbure de cette ellipse V, une partie des problèmes de convergence sera résolue,, c’est ce qui a été fait dans les tubes P.I.L. .

La (figure 49) donne l’allure des faisceaux dans le cas d’un tube P.I.L. .

La (figure 50) donne une vue en coupe de ces tubes avec les trois plans dont le dernier, celui de l’ensemble masque écran, est en réalité courbe et épouse la forme de l’ellipse V.

On a ainsi réalisé une convergence automatique des trois faisceaux en ce qui concerne la déviation horizontale.

Il reste à réaliser l’auto convergence pour la déviation verticale.

En appliquant un champ de déviation vertical aux trois faisceaux, ceux-ci sont, bien entendu, déviés du même angle mais leur point de focalisation va se trouver en arrière du plan de l’écran comme le représente la (figure 51) .

Pour obtenir à nouveau la convergence des trois faisceaux, on utilise un champ de déviation verticale en forme de tonneau.

Le faisceau central rouge traverse des lignes de force dont la direction est horizontale. Il est donc dévié dans une direction uniquement verticale. Les faisceaux bleu et vert traversent, par contre, des lignes de force dont la direction est infléchie. Ces deux faisceaux sont donc déviés dans une direction oblique par rapport à la verticale. On peut décomposer cette direction oblique en deux directions : l’une verticale et l’autre horizontale. Les directions verticales sont de même sens, par contre, les directions horizontales sont de sens inverses, de part la position des faisceaux bleu et vert sur les lignes de force. On voit, sur la (figure 52) , que le faisceau bleu est dévié sur la gauche alors qu’il atteignait l’écran à droite du faisceau rouge sans correction. Il suffit d’avoir un dosage adéquat de l’effet de tonneau pour obtenir la superposition des faisceaux bleu et vert sur le rouge.

On vient de voir que pour obtenir l’auto convergence, les champs de déviation horizontaux et verticaux doivent être de la forme décrite respectivement dans les (figures 53 a et 53 b) . Le premier est donc en forme dite de coussin alors que le second est en forme de tonneau.

2) Remarques

A noter que la forme du champ de déviation vertical à tendance à compenser la distorsion Nord / Sud en coussin qui se produit en haut et en bas de l’écran du fait de l’utilisation d’un écran non sphérique. Par contre, le champ de déviation horizontale tend à aggraver le phénomène de distorsion Est / Ouest de coussin dans les parties droites et gauches de l’écran.

Bien que les deux champs de déviation soient fortement astigmatiques, leur combinaison produit

un effet qui semble provenir d’une absence totale d’astigmatisme d’où le nom de déviation par astigmatique donnée souvent à ce type de déviation.

Le plan de déviation (II) doit être rigoureusement positionné par rapport aux deux autres, celui

des canons et celui de l’écran, aussi, le déviateur est il monté et scellé sur le tube en usine. L’ensemble masque écran doit avoir une courbure très précise comme nous l’avons vu, et doit être, pour cette raison, réalisé avec une précision extrême.

Les champs de déviation ayant une importance capitale est l’objet de soins tout particuliers. Les spires sont disposées dans un ordre très précis. Les déviateurs utilisés sont du type toroïdal : des crans sur la périphérie du tore permettent de positionner les spires avec rigueur (figure 54) .

Avec ces déviateurs, les écarts de convergences sont réduits de moitié par rapport à ceux obtenus avec les déviateurs en selle, de plus, ils nécessitent quatre fois moins de cuivre pour leur fabrication. Leur impédance est beaucoup plus faible et les courants qui les parcourent sont de plusieurs ampères.

Il subsiste quelques réglages annexes de pureté et de convergences statiques disposés sur le culot du tube. Ils sont destinés à rattraper les éventuels défauts qui subsisteraient, dus à une mauvaise adaptation tube déviateur.

3) Réglages annexes

a) Pureté

Ces réglages sont assurés par des aimants permanents à deux pôles et en forme d’anneau.

Du fait de la forme des luminophores, un déplacement horizontal est seul nécessaire puisqu’un décalage vertical des faisceaux fait, tout au plus, mordre ceux ci sur les luminophores de même couleur situés au dessus des premiers (figure 55) et n’affecte donc pas la pureté de l’image.

b) Convergences statiques

Ces réglages sont effectués par des aimants permanents en anneau à quatre ou six pôles représentés par la (figure 56) .

Dans le cas présent, le canon central est le canon rouge (ce peut être dans d’autres tubes, le canon vert).

Les anneaux a et b sont à quatre pôles, ils provoquent le déplacement en sens opposé des faisceaux extérieurs (vert et bleu).

Les anneaux c et d sont hexa polaires et provoquent le déplacement dans le sens de ces mêmes faisceaux.

Ces divers réglages sont effectués en usine de façon très précise puis, comme pour le déviateur, scellés définitivement par une goutte de colle. L’on trouve des tubes P.I.L. 90° et des P.I.L. 110°.

k) Tube 20 AX

Ce tube apparu en 1974, dérive directement des premiers tubes P.I.L. dont il reprend les grands principes énoncés précédemment. Il comporte, en outre, quelques améliorations dans ces divers composants.

1) Le tube cathodique lui-même

C’est un tube 110° dont la longueur est encore réduite de deux centimètre par rapport à un tube P.I.L. 110° ordinaire. Le déviateur n’est plus collé au tube et, pour faciliter son positionnement, une couronne est moulée autour du cône dans l’enveloppe de verre.

Les trois canons sont séparés mais toujours coplanaires. Le canon central est celui correspondant aux luminophores verts, le canon rouge étant à sa droite et le canon bleu à sa gauche quand on regarde le tube de face. Le diamètre du col est de 36 mm. Les cathodes sont à chauffage rapide.

Du fait de l’alignement vertical des luminophores comme dans les premiers P.I.L., les besoins de désaimantation du tube dans le sens horizontal sont pratiquement nuls. En plaçant les bobines de démagnétisation uniquement en haut et en bas du tube, on peut réduire le courant parcourant chaque bobine au démarrage du téléviseur (environ 300 Ampères tours).

2) Le déviateur

Il est interchangeable indépendamment du tube cathodique. Les enroulements de déviation verticale et horizontale sont en forme de selle et montés dans une bague de ferrite sur laquelle on trouve également un enroulement toroïdal qui produit un champ à quatre pôles (figure 57) . Ce champ permet de contrôler l’astigmatisme des champs de déviation et de compenser les tolérances dans les caractéristiques du tube et du déviateur.

L’ensemble de déviation peut pivoter de 5° autour de son support de façon à régler l’horizontalité de l’image sur l’écran. Il peut également coulisser axialement de façon à réaliser le réglage de pureté. Un dispositif de blocage à levier permet de le maintenir en place lorsque le réglage est assuré.

3) Réglages annexes

Quatre aimants permanents rotatifs en anneaux subsistent sur le col du tube dont la (figure 58) montre leur effet respectif.

Le premier anneau (1) qui est un aimant à deux pôles sert à symétriser l’image dans le sens vertical. On règle celui-ci de façon que la ligne horizontale médiane de la mire de convergence soit rectiligne, ce qui correspond au réglage optimal pour la symétrie verticale et la géométrie générale de l’image.

Le deuxième anneau (2) est un aimant à quatre pôles qui sert à obtenir la superposition au centre de l’écran des faisceaux rouge et bleu.

Le troisième anneau (3) est un aimant à deux pôles qui permet de régler la pureté par un déplacement latéral des trois faisceaux, ceci en corrélation avec le réglage de positionnement du déviateur.

Le quatrième anneau (4) est un aimant à six pôles permettant de faire coïncider l’ensemble faisceau rouge et bleu (préalablement superposés avec le réglage deux), avec le faisceau vert de façon à réaliser la convergence statique des trois faisceaux au centre de l’écran.

La (figure 59) donne un aspect du déviateur et de ces différents réglages annexes.

Le tube 20 AX s’est modifié au fil des années pour recevoir quelques améliorations telles que :

Une brillance accrue de 70% grâce à une transparence de la dalle de l’écran améliorée et à un masque plus élaboré.

Un dispositif mini arc éliminant au maximum toutes les conséquences des décharges pouvant se produire éventuellement à l’intérieur du tube.

Une nouvelle génération de tubes est apparue depuis quelques années, rendus nécessaires par les exigences des utilisateurs et les nécessités techniques d’une plus grande précision et d’une plus grande qualité d’image. Ceci est principalement du à l’apparition de systèmes informatisés qui, reliés au téléviseur, utilisent ce dernier comme moniteur avec la nécessité de reproduire des caractères alphanumériques de petites dimensions. Pour ce faire, la luminosité, le contraste, la concentration et les convergences doivent être d’excellente qualité. Ces exigences ont conduit à la sortie d’un tube PIL S4.

L) Tube PIL S4

1) Le tube cathodique proprement dit

L’ensemble masque écran a vu ses performances améliorées en ce qui concerne le coefficient de transmission du masque et du verre de la dalle et le rendement des luminophores. Ceci a eu pour conséquence d’augmenter la luminosité du système d’environ 30%.

Les luminophores bleu et rouge sont recouverts d’une couche de matière inorganique qui agit comme un filtre chromatique et ne réfléchit la lumière incidente que pour les longueurs d’onde correspondant à la couleur des luminophores considérés.

Ce procédé permet d’améliorer le contraste en évitant les reflets dus à la lumière ambiante de la salle.

Cet enrobage des luminophores permet de voir sur l’écran du tube non bombardé par les faisceaux électroniques, les bandes verticales de luminophores alternativement rouges, bleues et vertes.

De plus, afin d’améliorer l’esthétique de l’écran, les bandes de luminophores latérales sont légèrement incurvées de façon à suivre la courbure de la dalle et éviter l’aspect en escalier que l’on pouvait observer sur les premiers tubes (figure 60) .

2) Canon électronique

Pour améliorer la concentration, on a été amenés à espacer davantage les faisceaux électroniques de façon à pouvoir utiliser une lentille (électronique) de plus grand diamètre et donc de moindre aberration sphérique.

La (figure 61) donne les structures comparées des deux canons électroniques du PIL et du PIL S4.

La tension de polarisation de l’électrode de concentration G passe à 7000 volts au lieu de 4000 volts environ pour le tube PIL. Cette nouvelle tension, assez élevée, a nécessité une nouvelle disposition pour le brochage du tube : L’électrode G est sortie sur une broche éloignée des autres placée dans un logement spécial du culot.

3) Le déviateur

Le déviateur est de type Selle (pour la déviation horizontale) et Tore (pour la déviation verticale). Cette structure permet :

De supprimer le quadripôle de convergence dynamique intégré au déviateur tout en ayant des écarts de convergences moindres. Ceci est rendu possible grâce à l’emploi d’ordinateurs qui ont calculé l’emplacement et les formes de chaque spire et de chaque série de spires.

Par contre, la sensibilité de ce déviateur est réduite de 20% par rapport à celle du déviateur en Tore du tube PIL.

Le faible taux de distorsion Nord / Sud (environ 1%) permet de supprimer tout système de correction extérieur.

Par contre, ce tube PIL S4 conserve sur le culot, l’unité de correction de pureté et convergences statiques qui est préréglée en usine.

M) Tube 30 AX

1) Généralités

Le tube 30 AX 110° (appelé A 540 X) est le descendant direct du tube 20 AX dont il reprend les grands principes tout en les perfectionnant encore.

Dans ce tube 30 AX, tous les réglages ont été supprimés. De nouveaux canons plus performants permettent d’obtenir une meilleure finesse de l’image et une meilleure concentration.

Un nouveau déviateur permet de réduire les distorsions de coussin Est / ouest et d’obtenir des lignes horizontales plus rectilignes, tout ceci avec une plus grande sensibilité de déviation.

2) Composition

Dans ce tube, un soin tout particulier est apporté afin de faire coïncider l’axe des canons, l’axe de l’écran et celui du déviateur.

Le déviateur est interchangeable indépendamment du tube lui-même, grâce à trois bossages de positionnement présents sur le cône du tube (figure 62) .

Ceci permet un échange encore plus facile que pour un téléviseur noir et blanc puisque aucun réglage (pas même de cadrage) n’est alors nécessaire.

Les bobines du déviateur sont en selle et sans chignon contrairement à celles du tube 20 AX (figure 63) .

Cette structure permet l’utilisation d’une bague de ferrite monobloc et d’une carcasse d’assemblage d’une seule pièce permettant un assemblage très précis et rigide.

Les quelques défauts de distorsion du champ de déviation de trames et de distorsion Est / Ouest ont été éliminés par la mise en place, noyés dans les bobinages du déviateur de conformateurs de champ en matériau approprié et disposés comme le montre la (figure 64) .

L’introduction dans le déviateur des conformateurs de champ destinés à la correction de la distorsion Est / Ouest a permis la réduction du taux de modulation du courant de balayage de 13 à 8% seulement.

La précision technologique de l’ensemble déviateur tube 30 AX est telle, qu’aucune correction de distorsion Nord / Sud n’est nécessaire, les lignes horizontales étant reproduites rectilignes aussi bien au centre de l’écran qu’en haut et en bas de l’image.

Tout réglage a été supprimé sur le col du tube. Les anneaux de réglages du tube 20 AX ont été remplacés par un anneau magnétique situé dans le tube au niveau des canons (figure 65) .

Cet anneau est aimanté avec la combinaison voulue de champs à 2, 4 ou 6 pôles en fin de fabrication du tube en fonction des compensations nécessaires. Une fois son aimantation effectuée, il n’y a donc plus aucun réglage à reprendre du point de vue des convergences statiques et de la pureté.

Le col a un diamètre de 36 mm, ce qui permet de réaliser un canon électronique encore plus précis et donc une meilleure focalisation et une plus grande finesse du spot.

Enfin dans ce tube, la luminosité est encore accrue ainsi que le contraste grâce à l’emploi de luminophores filtrants.

Ces luminophores comportent une matière filtrante qui, sans atténuer la lumière émise par ces luminophores quand ils sont excités, a la propriété de réfléchir uniquement la composante du spectre de la lumière ambiante, qui correspond à la couleur de chaque luminophore.

Pour améliorer l’esthétique de l’écran, les bandes de luminophores qui se trouvent sur les bords latéraux suivent la légère courbure de la dalle comme dans le tube PIL S4, ceci pour éviter les escaliers visibles sur certains tubes antérieurs.

N) Tube Trinitron

Ce tube cathodique employé par certaines marques nippones est un tube à masque mais celui-ci a une structure particulière puisqu’il ne s’agit pas de trous percés dans une plaque mais de bandes verticales tendues sur un cadre rigide (figure 66) .

Le canon comporte trois cathodes disposées sur une ligne horizontale. Les autres électrodes sont communes comme le montre la (figure 67) .

L’originalité de ce tube réside dans le fait que les trois faisceaux convergent une première fois sous l’action des électrodes de concentration puis divergent avant d’être ensuite reconvergés par les électrodes dites de convergence. Les faisceaux se recroisent au niveau des ouvertures de la grille pour arriver finalement sur les bandes de luminophores de couleur correspondante à chacun des faisceaux (figure 68) .

Ces bandes de luminophores disposées verticalement sont alternativement rouges, vertes et bleues. Les bandes vertes se trouvent en face des ouvertures du masque dans l’alignement du canon vert qui est le canon central.

L’écran n’est pas de forme pseudo sphérique mais cylindrique.

La tension de wehnelt est de – 100 volts environ par rapport aux cathodes. Cette tension est réglable pour le contrôle de la lumière.

La tension de G est réglable de 300 à 400 volts. L’électrode de concentration est réglable de 0 à 400 volts environ.

Les électrodes de convergence permettant d’obtenir la convergence statique et dynamique sur l’écran, sont constituées de quatre plaques de déviation électrostatiques.

Les deux plaques intérieures sont reliées à la THT alors que les deux plaques extérieures sont à un potentiel ajustable, inférieur de quelques centaines de volts. Cette tension est appliquée grâce à une deuxième sortie sur le cône du tube. Le réglage de cette tension permet d’obtenir la convergence statique au centre de l’écran, la convergence dynamique étant obtenue par la superposition d’une tension parabolique à la fréquence ligne à cette tension continue.

Outre ce dispositif, quelques réglages subsistent sur le col du tube pour l’ajustable des convergences statiques et l’obtention d’une bonne pureté.

IV – Conclusions

Après avoir passé en revue ces différents tubes cathodiques couleurs, signalons tout de même que ceux-ci sont appelés à disparaître dans les années qui viennent car ils constituent presque un anachronisme à côté des circuits qui les entourent et qui font de plus en plus appel aux semi conducteurs et à l’intégration. Il ne faut pas oublier que c’est le seul tube électronique qui subsiste dans les récepteurs modernes de télévision.

L’avenir est aux écrans plats à cristaux liquides, à diodes LED intégrées, à CCD (Charge Coupled Device = Dispositif à Couplage de Charge), à CTD (Charge Transfer Device = Dispositif à Transfer de Charge) ou autre technologie actuellement en cours d’étude.

Cette technologie permettra, entre autre :

D’obtenir des grandeurs d’écran impossible à obtenir avec un tube cathodique.

De réduire l’encombrement du téléviseur dans des proportions considérables puisque l’épaisseur

 de ces écrans sera de quelques centimètres.

De simplifier les circuits de balayage dont l’énergie nécessaire sera très fortement réduite.

De supprimer toutes les très hautes tensions nécessaires actuellement à l’accélération et à la concentration des faisceaux électroniques.