专利名称：往复偏转式阴极射线管显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于显示超高清晰图像信息的水平往复偏转式CRT(阴极射线管)显示装置。
近年来支撑着数字电路技术的计算机技术的发展显著。但对用于由人的肉眼看计算机处理的图像信息的显示技术有进步迟缓的感觉。现在，能显示最高清晰的彩色的活动图像的装置是CRT。
但是，CRT显示的最高水平频率不能超过现在的约130KHz程度。另外，扫描线数的最大值不超过约2000线，大多数停留在1024以下的状态。
其中的一个理由在于，要把水平扫描数提高到约130MHz以上，会使电磁偏转式水平偏转输出电路的耗电过大。耗电过大的理由是众所周知，在水平回扫线期间必须产生约1KV的高电压的回扫脉冲，因而在于要降低该耐高电压的开关元件截止期间所产生的电能损耗是困难的。
图1中表示常规的水平偏转输出电路结构。在同图中，1是水平起动脉冲输入端子，2是水平输出晶体管，3是阻尼二极管，4是水平偏转线圈，5是电源供给用的扼流圈，6是电源，7是水平回扫线期间谐振用的电容器，8是S字畸变补正用的电容器。
借助于图2、图3说明在水平输出晶体管(2)截止时期的过渡期间所产生的耗电。
在图2中，9是在偏转线圈(4)中流过的电流波形，10是偏转线圈两端的电压波形。
图3中放大表示回扫脉冲前沿起始部分的波形。在同图中，11是晶体管(2)的集电极电流，12是集电极电压。在时间t＝0处，晶体管开始截止，在t＝tf处完全截止，而且，在此期间，假定电流呈线性减小。这样一来，截止所需要的损耗功率通过下式(1)求出。另外，水平回扫线期间Tret通常是水平周期TH的约15％，因而式(2)成立，把它代入(1)，则式(3)成立。P=1TH∫otfIEdt]]> =(Iotf)224THC=LIO224THtf2LC---(1)]]>
其中，TH水平扫描周期L水平偏转线圈4的电感C谐振用电容器7的电容LI2O2]]>偏转能量一定tf下降时间即，损耗功率与下降时间tf的2次方成正比，与水平周期的3次方成反比。
晶体管所需要的峰值电流Io与峰值电压Vo之积如下式所示，与水平周期TH成反比。IOVO=I2OLC=I2OL/LC]]>＝20LI2o/TH…④其中，等号下的○内的序号，表示为导出该等号所使用的公式的序号。以下相同。
因而，IoVoP之积，根据(3)、(4)，与tf的2次方成正比，与水平频率的4次方成正比。因而，要把水平偏转频率提高到某个限度以上，按常规技术是极其困难的。
再有，偏转线圈自身的发热也成为问题。其原因是，在高频涡流引起的损耗功率与频率成正比而增大。涡流损耗在偏转磁场的变化速度变为最大时的回扫线期间的中央变为最大。
与本发明相同，以往复式水平偏转为目的常规技术有U.S.专利No3,662,102号，U.S.专利No2,817,787号及U.S.专利No4,638,308号。可是，尚未发现任何一个后述的纵线锯齿状干扰的问题，因而未提出解决对策。
本发明的直接一个目的在于，克服上述的常规技术的缺点，提供将水平偏转频率提高到约130KHz以上，且降低损耗功率的新扫描方式的CRT显示装置。
本发明的再一个目的在于提供解决补偿上述新扫描式CRT显示装置中所发生的种种缺点的装置。
为达到上述目的，在本发明的一个实施例的水平偏转电路中具备往复式水平偏转装置。
另外在本发明的垂直偏转电路中具备阶梯状偏转装置。
在本发明的另一实施例中，具备用于补偿纵线Z字状干扰的补偿装置。
在本发明的又一实施例中，具备图像信号调幅装置。
该往复式水平偏转装置是使正向扫描与反向扫描交替重复地动作。因而，可以不需要产生常规技术中的回扫脉冲(图2的10)。从而，可使谐振电容增大约10倍以上。因而，与开关元件的开关相应的损耗功率可以降低至约1/10以下。还可降低对开关元件所要求的耐压约1/5。从而，使用更廉价的开关元件，可进一步降低下降时间。从而，又可降低损耗功率。而且，可降低偏转线圈的涡流损耗。
该补偿装置，与新采用的上述双向水平偏转手段相应，具有解决左右端扫描线间隔不一致的问题。
该图像显示调速装置，在一实施例中，借助于辅助水平偏转装置实现。在另一实施例中，对应于水平线性畸变，是借助对水平偏转速度或图像信号读出速度的调制而实现。无论那种情况，都起着等效地补偿纵线的锯齿弯曲的作用。
该图像信号调幅装置，对应于水平线性畸变，通过对图像信号的幅度的调制，起着补偿扫描线辉度不一致的作用。
图1是表示常规的水平偏转输出电路的连线图。
图2是表示图1中的偏转线圈的电压及电流图。
图3是说明图1所示的电路的损耗功率的电压、电流波形图。
图4是表示本发明的往复水平偏转装置结构的方框电路图。
图5是说明图4的电路的工作的工作时序图。
图6是说明图5工作的工作时序图。
图7是说明图5工作的波形图。
图8是表示本发明的阶梯垂直偏转装置的结构的方框电路图。
图9是说明图8所示的电路的工作的工作波形图。
图10是表示本发明的图像显示调速装置的电路图。
图11是表示图10所示的图像显示调速装置的变形例的电路图。
图12是表示本发明的图像信号调幅装置的电路图。
图13是表示图8所示的阶梯垂直偏转装置的变形例的电路图。
图14是表示本发明的水平偏转方向切换装置构成的方框电路图。
图15是表示图14所示的电路工作的工作形图。
图16A及图16B是表示各自纵线Z字弯曲的线圈及表示修正该纵线锯齿弯曲的状态线图。
图17A及图17B是表示扫描线的图形，及各自未采用阶梯状垂直偏转装置情况及采用后的情况的图。
图18是表示纵线锯齿状干扰的自动消去装置的方框电路图。以及图19是表示图18所示的电路图的工作的工作波形图。
在图4中表示了本发明的第一实施例。
在同图中，13是图像信号输入端子，14是AD变换器，15是采用半导体存储元件的线扫描方向交替交换装置，16是DA变换器，17是输出放大器，18是CRT，4′是偏转线圈，4″是辅助偏转线圈，19是水平同步信号输入端子，20是相位检波器，21是电压控制振荡器，22是计数器，20、21，22相位同步电路(PLL)。从计数器(22)的输出得到具有少的共取样频率(fS)的脉冲信号(23)及具有水平频率(fH)的脉冲信息(24)。25，25′是1/2分频装置的触发电路，在其输出得到频率为0.5fH的脉冲信号(26，26′)。27是水平偏转方向切换开关装置，脉冲信号(26′)，在″H″时，接地，在″L″时接在电源侧。4，8是所述的水平偏转线圈及S字畸变补偿电容器。线圈(4)与另一用途的垂直偏转线圈一同安装在偏转线圈(4′)上。同图中由25′、27、4形成往复式水平偏转装置。其工作示于图6。
在同图中，26′是所说的0.5fH脉冲波形，34、35是水平偏转线圈(4)的电流波形，及线圈两端的电压波形。由本图可知，可以理解，能使往复式水平偏转具体化。另外，可理解其延迟时间约等于0.5。Tret(参照后文揭示8)。在图7中，表示把图5的S字畸变补偿用电容器的作用考虑在内的波形图34′(电流波形)，35′(线圈两端的电压波形)，35″(S字电容8的电压波形)。
其次，在图5表示图4的线扫描方向交替切换装置(15)的工作。在同图中，横轴是时间(t)，记下扫描线号。26是所述的0.5fH脉冲信号。M1、M2意味着各个线存储器，纵轴意味着存储器地址座标。斜实线30表示向存储器M1写入输入图像信号奇数序号的扫描线上的输入图像信号的时序。斜虚线31表示它的读出时序。斜实线32、斜虚线33同样意味着对存储器M2及偶数序号的扫描线上的输入图像信号的写入、读出时序。由同图可知，从存储器M1顺方向读出，而从存储器M2逆方向读出。从而实现线扫描方向的交替化。作为在发明的变形例，也可在计算机信号源侧设置该线扫描方向变换装置。在此情况下，从信号源侧向显示器传送正反扫描的判断信号。
在图4中，28、29是各自可变延迟装置，由另外路径的外部施加给各延迟时间端子28′、29′的直流电压来调节。具体地讲是使用单稳多谐振荡器。
通过对可变延迟装置28的延迟时间的调节，可以调节再生图像的水平位置。
将可变延迟装置29的延迟时间设定为水平回扫线期间的约一半(0.5Tret)。因此，可以补偿往复式水平偏转电路的所述的延迟时间。
可变延迟装置29的延迟时间的偏转误差在再生图像中产生锯齿状纵线干扰。即，可变延迟装置29是用于补偿齿状纵线干扰的。以上对图4的说明结束。
其次在图8表示本发明的阶梯状垂直偏转装置。这是用于解决在显示画面的左右端的扫描线间隔不一致的问题(参照图18)。在同图中，36是垂直同步信号输入端子，37是垂直扫描相位调节用的单稳多谐振荡器，38是计数计器，24是图4中所述的5H脉冲信号。计数器(38)计脉冲信号(24)的数，由垂直同步信号复位。39是DA变换器，40是用于通常的垂直偏转电路的低速负返馈放大器，41是垂直偏转线圈，安装在图4的偏转线圈4′上。42是谐振电容，43是垂直偏转电流检测电阻器，44是高速微小振幅偏转负返馈放大器，45是垂直辅助线圈，安装于图4的辅助偏转线圈4″上。46是谐振电容器，47垂直辅助偏转电流检测电阻器，48、49是电阻器。选定各电阻器，使其值满足以下各式。R42＜R46＜R48…⑤R47＜R49…⑥ 其中，K1垂直偏转线圈的每单位电流的偏转量K2辅助偏转线圈的每单位电流的偏转量式(7)是用于匹配吸收线圈41、45的偏转灵敏度之差的条件。
图9的波形图表示图8的结构的工作。同图中，52是与DA变换器(39)的输出成正比的波形，51是与流过线圈(41)的直线状的锯齿波电流成正比的垂直偏转量。输入波形(52)虽然是连续微小的阶梯状的，而输出却变成了除去微小阶梯状成分的直线状的锯齿波其理由，是因为在通常的垂直偏转电路，其响应速度迟缓之缘故。波形53是由辅助线圈(45)附加的辅助偏转量。该值大致同波形51与波形52之差相等。54是波形51与波形53之和，是综合垂直偏转量。由波54可理解，通过图8的结构可实现所期望的阶梯状垂直偏转。在图9中，垂直回扫期间的波形53′虽显示出某些异常，但在图像非显示期间而不成问题。对阶梯状垂直锯齿波偏转装置的说明至此完结。
其次在图10表示本发明的水平偏转调速装置。在同图中，在端子35″输入与图4的S字电容(8)的电压波形(图7的35″)成正比的波形的信号。该信号是正负抛物线波形交替反复的形式。56是负返馈放大器，57是水平辅助偏转线圈，安装在图4的辅助偏转线圈(4″)上。58是电流检测用电阻。本图的结构的作用效果揭示于后面的图16A及16B。同图78表示在具备往复式水平偏转装置的CRT显示器中固有的纵线锯齿弯曲干扰。在同图中，水平实线表示正向(自左向右)扫描线，水平虚线表示反向扫描线。图中以二根纵向直线表示画面上显示的情况。由于由水平偏转线圈内在损耗电阻引起的2次畸变，如同图78所示，产生了锯齿形纵线干扰。在本发明的图10的结构中，设定向端子35″输入的正负抛物线波的振幅与水平偏转电路的2次畸变的大小相等。
因而由于采用了本发明的图10的结构，如图16B的79所示，可消去锯齿形干扰。对图10的作用说明至此完结。在图10中，在输入端子35″，作为替代方案，以另一种数字存储器的输出代替DA变换器的输出也行。对此采用公知的数字变换技术是容易实现的。
其次，图11表示图像输出调速装置。在图10中，用水平辅助偏转补偿水平偏转的畸变。另一方，在图11中，使水平偏转畸变依然保留，以调制器CRT的阴极输出时序来等效地补偿图像信号。
在图11中，4、8、13～29与前述的相同。59、60、61是PLL。62是PLL输出的取样用脉冲，63是水平脉冲。64是加法器，65是DA变换器，66是可编程存储器，由64、65、66构成本发明的图像输出调速装置。
然后说明图11的工作。67是给存储器(66)输入地址信号的端子该地址信号由计数器(22)输出脉冲串形成。此部分可容易地用周知的所称的数字变换电路技术构成。向线扫描方向变换装置(15)写入的时序由PLL59、60、61的输出脉冲串决定。
另一方面，从同装置(15)读出数据的时序由PLL20、64、21、22的输出脉冲串决定。在存储器66中存储着与所述水平偏转电路的偏转速度失真相应的数据。这此数据响应于地址信号(67)而被读出，经DA变换器(65)，经加法器(64)来控制电压控制振荡器(21)。该振荡器(21)的输出经计数器(22)来控制从变换装置(15)的读出速度。因而，在水平偏转速度慢的地方使图像读出的输出速度下降，在水平偏转速度快的地方，使图像读出输出速度上升。所以，可将所述的图16的纵线像锯齿干扰等效地除去。至此结束对图11的说明。作为本结构的变形，也可以64、65、66的部分兼作水平方向的数字变换补偿。
图11的结构，与图10的相比，具有不需要辅助水平偏转线圈(57)的优点。可是，另一方面，都有扫描线的辉度不一致化的缺点。这是因为一般来讲水平偏转电路的偏转速度在扫描前半程快，在后半程幔，而且偏转变度快的部分比慢的部分暗之缘故。这种明暗之差，在往复扫描式中特别显著。所以正向扫描线的左(右)半程，因高(低)速度扫描而变成暗(明)，而反向扫描线的左(右)半程，因低(高)速扫描而变成明(暗)。
在图12表示消除正反扫描辉度变化干扰的装置。在同图中，16、17、18是已说过部分。69是增益控制装置，70是增益控制信号输入。信号70的波形示于同图的70′。至于信号(70)可以采用与图11的DA变换器65的输出信号成正比的信号。借助本结构可补偿辉度变化干扰。
图13表示本发明的阶梯状垂直偏转装置的变形例。同图中的36、37、24、38、39、40、41、42、43、44与图8的相同。
100、100′是通过比水平频率还低的频率成分的低通滤波器。
103是单稳多谐振荡器，在其输出产生其宽度比水平回扫期间(Tret)还狭的水平脉冲。104是乘法器，在其输出端输出垂直锯齿波的2次方(Y2)。105是调幅电路、106是脉冲放大器，107是脉冲变压器。在脉冲变压器的输入中如图所示表现为将水平脉冲振幅由垂直周步的(TV)抛物线波调制的波形。此水平脉冲电压经变压器107施加于垂直偏转线圈(41)，变成与图7所述的波形53一样的水平周期(TH)微小的锯齿波电路。图13的101是3次方电路，102是加法电路，101、102用于垂直S字畸变补偿。调幅电路(105)按照垂直S字畸变使扫描线间隔一致化。至此结束对图13所示的阶梯状垂直偏转装置的变形之说明。
作为图13的变形例，略去100、100′、103、104、105、106及107，也可以将高速放大器用于负反馈放大器40。但是，此时在偏转线圈中水平偏转电流会漏到垂直偏转线圈(41)，由于产生交调失真，用消去该失真的减法电路就必须是其他的。
其次在图14表示水平偏转方向切换装置。在同图中，26′是所述图4中的0.5fH脉冲。73、73′分别是脉冲后沿、脉冲前沿的延迟电路，74、74′是驱动放大器，75、75′分别是P沟N沟MOS晶体管，分别用于反向偏转及正向偏转。76、76′是阻尼二极管，7是谐振电容4是水平偏转线圈，8是S字畸变补偿用的电容。图15表示图14的工作。波形26′、73、73′分别是图14的26′、73、73′输出部的波形。晶体管75只在波形73为″低″态时导通，晶体管75′只在波形73′为″高″态时导通。由同图可知，在一个晶体管截止后，经过比水平回扫期间(Tret)还长的时间，另一个晶体管才导通。从而可防止两个晶体管同时导通之际所产生的异常损耗的发生。在本结构中，把由下式确定的谐振用电容(8)的值(C)代入式(2)C=IOTretVCC---(8)]]> 由式(2)与式(10)比较可知，在本发明中，谐振和电容值(7)比常规技术增大至10倍以上。因而，以式(1)所述的评估损耗的公式为基础，伴随水平输出晶体管的切换的功率损耗可降至约1/10以下。
在图17表示有无本发明的阶梯状垂直偏转装置的比较。在同图中，80代表″无″情况，81代表″有″情况的扫描线样子。在″有″的情况，已使扫描线的间隔一致化。
在将本发明的显示器使用于温度变化激烈的环境的场合，为偏转线圈(图4的4′)配置热电偶作温度检测器，推荐根据其输出来控制图11的DA变换器(65)的增益。
图18表示自动消去往复水平偏转方式中固有的锯齿状纵线干扰的方案。同图的结构与图11所示的结构组合而用。在图18中，4、8、22、26、29与图11中的那些相同。82是水平偏转电流检测装置，具体地讲由电阻器或变压器与负载电阻形成。在其输出端，可得到与再生图像的水平座标有一一对应关系的水平扫描位置信号I。将此信号在正向扫描期间记作I(A)，在反向扫描期间记作I(B)。这里的A、B是计数器(22)输出的2进制信号。91～95是取样保持装置，86、87、88是减法器、89是比较放大器、90是施加比较用基准电压(IR)的端子。97是增益控制电路，98是电源电压控制电路。83是取样脉冲发生用的译码装置，在其输出端产生取样脉冲。至此结束对图18的结构的说明。以下以图19的波形表示其工作。
在图19中，26′、26是所述的0.5fH脉冲信号波形。99是与所述的水平偏转电流的波形(图6的波形34)成正比的I(A)、I(B)的波形。正向扫描期间的横座标是A，反向扫描期间的横座标是B0A1、A2、A3分别是与正向扫描期间再生图像的左端、中央、右端对应的计数器输出的2进制数。B1、B2分别是与反向扫描期间的左端、中央对应的计数器的输出。这样选定以上各值，使之大致满足下式。在下式中，D是每个水平扫描期间的总象素数，fS是所述AD变换器的取样频率，fH水平频率。D＝fS/fH…11A2≈0.5D…12B2＝D－A2…13
A1≈0.1D…14B1＝D－A1…15A3≈0.9D…16根据上式中的式12-15的定义，通过使I(A1)与I(B1)吻合能消去再生图像的左端的各锯齿状纵线干扰，再使I(A2)与I(B2)吻合又能消去中部的各锯齿状纵线干扰。
译码器(83)在计数器输出A、B与A1、A2、A3、B1、B2吻合的时序，如图所示产生取样脉冲(91′～95′)。从而，在取样保持装置91～95的输出端能得到各I(A1)、I(B1)、I(A2)、I(B2)、I(A3)。而在29、97、98各控制输入端子获得与I(A1)-I(B1)、I(A2)-I(B2)、I(A1)-I(A3)成正比的信号。
可变延迟装置，按照控制输入{I(A1)-I(B1)}的增减而增减其延迟时间。因而，将图11的结构与图18的结构组合使用来进行负返馈控制，使I(A1)的值与I(B1)的值一致。从而，能自动地消去再生图像左端的锯齿状纵线干扰。
将增益控制电路(97)插在图11的DA变换器(65)与加法器(64)之间。该增益控制电路(97)随着其控制输入{I(A2)-I(B2)}的增减而减增其增益。从而，由于将图11的结构与图18的结构组合使用来进行负返馈控制，以使I(A2)的值与I(B2)的一致。
电源电压控制电路(98)输出电源电压VCC，电源电压VCC供给图11的水平偏转方向切换装置(27)。该电源电压控制电路(27)随着其控制输入{I(A1)-I(A3)-IR}的增减而减增电源电压。从而，由于将图11的结构与图18的结构组合使用，可使{I(A1)-I(A3)}的值自动地与IR的值吻合。即，可使水平大小自动地固定。另外，为了消去再生图像左右端上出现的枕形畸变，常使基准信号(在图18的90端子施加的IR)的波形中含有垂直周期的抛物线波[图13的2次方电路(104)的输出]。至此结束对图18、图19的说明。
至此结束本发明的各实施例的说明。
根据本发明的往复式水平偏转装置，与常规技术相比，可使伴随水平偏转输出的晶体管切换的损耗功率降至约1/10以下。
根据本发明的阶梯状垂直偏转装置，可使扫描线间隔一致，画面质量提高。
根据本发明的图像调速装置，可减轻图像纵线的锯齿状弯曲干扰。
根据本发明的图像信号调幅装置，可减轻由水平线性畸变引起的扫描辉度变化干扰。
根据本发明，超过常规技术的界限，能提水平偏转频率130KHz以上的超高清晰CRT显示器。不言而喻，将本发明用于水平频率130KHz以下的显示器也好，另外用于投影显示用的CRT显示器也行。无论哪一种情况，都有水平偏转输出晶体管的损耗功率大幅度降减之效果。
权利要求
1.一种往复偏转式CRT显示装置，包括图像信号处理电路，水平偏转电路及垂直偏转电路，其特征在于，该水平偏转电路至少由往复式水平偏转装置形成，该往复式水平偏转装置由相互串联连接的水平偏转方向切换装置、水平偏转线圈及S字畸变补偿用的电容器构成，该图像信号处理电路至少由线扫描交替变换装置形成，该垂直偏转电路至少由阶梯状垂直偏转装置形成，该往复偏向式CRT显示装置还包括用于补偿由该水平偏向电路线性畸变所引起而产生的纵线锯齿状干扰的补偿装置。
2.权利要求1的往复偏转式CRT显示装置，其特征是，补偿装置由向水平辅助偏转线圈供给抛物线波状电流的水平偏转调速装置构成，而且该物线波的极性要使每水平周期交替反转而形成。
3.要求1的往复偏转式CRT显示装置，其特征是，补偿装置由图像输出调速装置形成，还包括用于减轻伴随图像输出调速而产生的扫描辉度交替变化干扰的图像信号调幅装置。
4.权利要求1的往复偏转式CRT显示装置，其特征是，还具备用于消除纵线锯齿状干扰的自动消去装置，该自动消去装置至少由水平偏转电流检测装置、接在该检测装置之后的取样保持装置、接在该取样保持装置之后的减法运算装置、及接在该减法运算装置之后的可变延迟装置形成，并且根据该可变延迟装置的延迟时间的增减来控制该水平偏转装置的偏转时序的慢快。
全文摘要
由水平偏转方向切换装置、1/2分频装置、水平偏转线圈及S字补偿用的电容形成往复式水平偏转装置，切换装置在每个水平周期交替地将水平偏转线圈的一端切换接至电源和接至地。在此交替切换之时，不发生大振幅的回扫脉冲，以使水平偏转交替地进行正、反切换动作为特征，水平偏转方向切换装置即水平输出开关元件的损耗功率可以降低到常规技术的约1/10以下的往复偏转式CRT显示装置。
文档编号H04N3/30GK1139344SQ9512029
公开日1997年1月1日 申请日期1995年10月20日 优先权日1994年10月20日
发明者荻野正规 申请人:株式会社日立制作所