JPH033334B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体光検出器等の安価な検出手段
を用いて陰極線管内の電子ビーム位置を検出する
装置、特にカラー陰極線管表示器の自動収束等の
校正を行なう陰極線管校正装置に関する。

〔従来の技術及び問題点〕

従来の３電子銃シヤドウ・マスク型陰極線管
（CRT）表示器においては、ダイナミツク補正を
行なつていなければ、表示した画像にある種の固
有な歪が含まれていることは周知である。例えば
これら歪には、３電子ビームの偏向中心がCRT
表示スクリーンの湾曲部の中心から離れて配置さ
れたことにより生じる糸巻歪（カラーCRTと同
様にモノクロCRTにも存在する）、少なくとも２
個の電子銃がCRT管球の長手軸から外れている
ことによる台形歪、電子銃が互いに横方向に離れ
ていることにより生じるCRTシヤドウマスク上
の電子ビームの非収束がある。デルタ電子銃構造
では、３個の電子銃すべてが電子銃組立体の長手
軸の回りに離間しており、インライン構造では、
１個の電子銃が長手軸上にあり、他の２個の電子
銃は両側に離間している。

幾何学的歪を補正する通常の方法は、画像ラス
タを形成するために表示スクリーン上で電子ビー
ムを偏向させるのに用いる偏向信号に、ある種の
アナログ補正係数を加えている。異なるアナログ
補正係数を磁界に同様に加えて、３つの電子ビー
ムをスクリーンの中心に集中させて、非収束を通
常、補正している。２つの歪の内、正確かつ均一
な補正が最も難かしく、定期的な調整が必要なの
は、非収束である。

ダイナミツクなビーム収束を行なう基本的方法
は、CRT内の各ビーム用に独立した垂直及び水
平信号を発生することである。わずかにゆがんだ
放物線の形にいくぶん近づくことにより、スクリ
ーンの中心では補正信号は補正を行なわず、ビー
ムが中心から離れて偏向されるに従い補正量が増
加する。かかる基本的なアプローチは、観察者が
過度に厳しくなく、６〜10フイート離れて観察す
る家庭用テレビには通常適する。しかし、情報表
示分野では、観察者より厳しく、観察距離はより
短かく、分解能要求がより苛酷なのが重要とな
り、上述の基本的アプローチでは補正できずに残
つた非収束量は容認できない。

上述の基本的アプローチを改善した例として
は、本願特許出願人のテクトロニツクス・インコ
ーポレイテツドが生産している4027型カラー図形
端末装置があり、この装置では表示スクリーンを
いくつかの副領域に分割し、独立して調整可能な
異なる補正信号を各領域毎に発生している。かか
るアプローチでは、スクリーンの全領域にわたつ
て、３つのビームのより正確な収束が可能にな
る。この4027型では、表示スクリーンを９個の副
領域に分割し、各々が各ビーム用である３個のポ
テンシヨメータを調整して、各領域でビームを収
束している。かかる技術は補正を改善するが、９
個の副領域の各々に３個、即ち全部で27個の異な
るポテンシヨメータを調整するのに時間がかか
る。他の従来技術では、表示スクリーンを更に多
くの副領域に分割し（例えばテクトロニツクス・
インコーポレイテツド製690型カラー・モニタで
は13個の副領域を用いている）、更に多くのポテ
ンシヨメータの付随的調整を必要としている。こ
れら技術の共通の欠点は、各独立副領域でいくつ
かの調整を行なう必要があるときに、操作者が表
示システムの全制御を行なわなければならないこ
とである。

最近の開発製品は、デジタル収束技術を用いて
おり、キーボード等により補正情報をデジタル的
に入力して、アナログ信号に変換し、所望のビー
ム調整量を発生する。かかる技術例としては、共
にIBMに譲渡されたハレツト等の米国特許第
4203051号及びソウターの米国特許第4203054号、
並びにオハイオ州デイトンのシステムズ・リサー
チ・ラボラトリズ（SRL）の開発した382型カラ
ー表示器がある。このIBMの技術は、1980年９
月に発行された「IBM J.Res.Develop.」の
Vol24No.５の598ページに掲載されたジエイ・エ
ス・ビーテソン等の論文「３ビーム高解像度カラ
ー・データ表示の収束用デジタル・システム
（Digital System for Convergence of Three−
Beam High−Resolutron Color Data
Display′s）」にも開示されている。SRLの収束技
術は、SRLのアール・イー・ホルムズ及びシエ
イ・エイ・メイズの論文「シミユレータ視覚シス
テム用25インチ精密カラー表示器（A25−In.
Precision Color Display for Simulator Visual
Systems）」に記載されている。IBM及びSRLの
両システムに共通の特徴は、キーボードを用いて
操作者がデジタル情報を入力できることであり、
このデジタル情報は、収束又は他の幾何学的調整
も行なうために３つのビームの各々に必要な移動
の割合を表わす。IBMのシステムでは表示領域
上の13個の異なる点でビームを独立に調整できる
が、SRLのシステムでは256個の異なる点で調整
できる。

偏向調整のみを行なう半自動技術は、ブリスト
ウの米国特許第4099092号に開示されている。こ
の技術では、CRT表示前面に配置した光ダイオ
ード配列又はソリツド・ステート映像カメラとデ
ジタル・コンピユータとを用い、プログラマブ
ル・リード・オンリ・メモリを介して従来の偏向
波形用の補正係数を発生している。

しかし、上述した技術の共通の欠点は、収束又
は補正動作を行なう必要があるとき、依然操作者
がシステムの全制御をしなければならないことで
ある。

高価であるが、完全に自動化した収束技術が、
テクトロニツクス・インコーポレイテツドに譲渡
されたロビンダー等の米国特許第4456853号明細
書（特開昭58−24186号公報に対応）に開示され
ており、この技術は特にテクトロニツクス4115B
型コンピユータ・カラー表示端末器等の高解像度
カラー図形表示器に有効である。この装置では、
自動収束を除けば、CRTは一般的な従来の高解
像度カラーCRTであり、このCRTは、螢光体物
質の表示スクリーン、電子ビームを発生して表示
スクリーンに向ける３個の電子銃、及びシヤド
ウ・マスクを具えている。しかし、自動収束で
は、シヤドウ・マスクの背面、即ち電子銃に向う
面に、発光体物質から成る複数の帰還素子を配置
している。好適なモードでは、これら帰還素子
は、シヤドウ・マスクの背面上の所定位置で、一
方が垂直で他方が傾斜して離間した直角３角形の
２個の非結合脚として構成されている。電子ビー
ムがCRTの前面を横切つて走査するので、ビー
ムの電子が脚発光体に衝突すると、光電子増倍管
を用いて、各脚の発光体をビームが通過した時間
を正確に測定できる。ラスタの開始から垂直脚の
発光体までの経過時間でビームの水平位置が判
り、ラスタの開始から傾斜脚の発光体までの経過
時間でビームの垂直位置が判る。この情報を３つ
の電子ビームの各々毎、及び帰還素子の各々毎に
得、この情報を処理して収束補正波形を発生す
る。この波形は、CRTの収束磁気組立体及び偏
向ヨーク（又は板）に供給する。

この技術には２つの重要な点がある。その１つ
は、上述の例では光電子増倍管である検出器は、
ラスタが脚を通過したことを表わす増分時間の小
さな変化を検出できるように非常な高速応答性を
備えている。また、検出器は、単一の帰還素子の
単一のラスタ・ラインによる発光を検出できるよ
うに高感度である。これら２つの要求は共に自動
収束用装置を非常に高価にし、また光ダイオード
及び他の半導体による光検出器の如きより安価な
検出器を利用することにも影響する。一般的に
は、かかる安価な素子を高感度にできるが、応答
時間を改善すると高価になるか、またはこれら素
子は、非常な高速応答時間を有するが、付随して
感度が低下する。現在、一般に半導体による光検
出器は、上述のアプリケーシヨンの光電子増倍管
を単に置換するのに必要な高速応答及び高感度の
両方を得ることができない。高感度及び高速応答
時間も必要としない自動収束用の安価な検出シス
テムが必要である。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕 本発明の好適な実施例によれば、CRT校正装
置は、表示スクリーン、電子銃システム及び複数
の帰還素子を有するCRTを備えている。各帰還
素子は能動領域を有しており、電子銃システムか
らの電子ビームがこの能動領域の少なくとも一部
に衝突するように、能動領域を所定位置で表示ス
クリーンに隣接して配置する。この装置は後述の
目的のため複数の帰還素子を有しているが、一般
に１度に単一の帰還素子のみが作用するので、単
一の好適な帰還素子に関し、校正装置を説明す
る。電子の衝突に応答して、帰還素子は衝突した
部分の領域に関する帰還信号を発生する。またこ
の装置は、帰還信号を検出手段で検出し、以下第
２信号と呼ぶ有用な入力信号レベルを積分アナロ
グ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器（変換手段）に供
給するシステムを備えている。これに応答して、
Ａ／Ｄ変換器は、ビームが衝突した能動領域の位
置に関するデジタル信号を発生するが、このデジ
タル信号は帰還素子に関する電子ビームの位置に
関連づけることができる。また、電子ビームが帰
還素子の能動領域の一連の位置に衝突するように
制御手段を含んでいるので、対応する一連の帰還
信号、対応する一連の第２信号、及び対応する一
連のデジタル信号を引き出し、この一連のデジタ
ル信号を基にして帰還素子の位置を決定する。

好適なモードでは、CRTは表示スクリーン及
び電子銃システム間に配置されたシヤドウ・マス
クを含んでおり、発光体物質で構成された帰還手
段を、シヤドウ・マスクの電子銃側に配置してい
る。帰還素子はいくつかの異なる形状にできる
が、特に有効な形状は、直角３角形の非結合の２
個の脚に能動領域を形成したものであり、第１脚
は垂直方向で、第２脚は水平に対して傾斜してい
る。一般的にこの傾斜角は、隣接した水平ラスタ
の垂直間隔と独立したピクセルの水平長さとの比
による逆正接（arctan）である。

好適な実施例において、検出手段は、基本的な
光電流モードで動作し、許容できる信号／雑音性
能を有する光ダイオードを備えている。トランス
インピーダンス増幅器により、この検出手段から
の出力信号を有効なレベルにまで高める。積分
Ａ／Ｄ変換器は、トランスインピーダンス増巾器
からの信号を積分する積分器と、比較器とを含ん
でいる。動作において、この積分器は、光ダイオ
ードが受けた全放射エネルギーを測定するための
出力信号を発生するばかりでなく、トランスイン
ピーダンス増巾器に関連した雑音を減らす。この
比較器は、積分器からの信号を既知の基準信号と
比較する。この基準信号は、電子ビームが衝突す
る能動領域の所定部分に対応する積分器の積分信
号の値に等しく、この基準信号のレベルは帰還素
子上の電子ビームの基準位置を示す。次に比較器
は、この比較に対応するデジタル信号（０又は
１）を発生する。

制御手段はプロセツサ・システムを含んでお
り、このプロセツサ・システムは、少なくとも１
つのラスタ・ライン部分を有する電子ビーム・ラ
スタの一連のセツト（ラスタ・バー：１つ以上の
ラスタ・ラインの集合）をCRTに発生し、内蔵
された特定の帰還素子の既知の距離以内でこれら
ラスタ・バーの各々を多くの所定位置に向ける。

一般に、ラスタ・バーには２種類あり、一方は
水平位置を決定し、他方は垂直位置を決定する。
水平位置決定用ラスタ・バーでは、ラスタ・ライ
ン部分を垂直に整列させている。即ち、各ライン
部分の両端部の水平部分の点の集合が２つの垂直
ラインを形成する。垂直位置決定用ラスタ・バー
では、ラスタ平行四辺形を形成する角度でラス
タ・ライン部分を整列させる。即ち、ラスタ・ラ
イン部分の端部の点の位置が、帰還素子の傾斜し
た角の角度に一致する２つの平行線を形成する。
同様に、電子ビーム・ラスタのセツトの２つの順
序があり、一方は水平位置に対応し、他方は垂直
位置に対応する。

制御手段は更にロジツク回路を含んでおり、こ
のロジツク回路は積分Ａ／Ｄ変換器からのデジタ
ル信号を受け、各ラスタ・バー用の位置を選択す
る。１つの位置が、比較器から受けた各デジタル
信号用に選択される。好適なモードでは、ロジツ
ク回路が連続した近似アルゴリズムを実行して、
各ラスタ・バーに利用する各位置を選択する。例
えば、帰還素子の水平位置を決定するには、逐次
近似アルゴリズムに応じて帰還素子の垂直脚を横
切つてラスタ・バーが反復的かつ水平で前後に移
動する。各反復は、帰還素子の能動領域を異なる
量で発光させるので、比較器からの出力信号、即
ち帰還素子の垂直脚の水平部分に関する情報の付
加ビツトを発生する。所望精度が得られるまで、
この手順を持続する。同じ手順を、帰還素子の傾
斜脚にも用いて、傾斜脚用の水平位置を得る。こ
の水平位置は簡単な３角法により、帰還素子の垂
直位置に関連付けられる。

ロジツク回路は更にレジスタを備えており、こ
のレジスタは、逐次近似処理期間中の情報を蓄積
すると共に、帰還素子の最終確認位置に対応する
情報を蓄積する。ロジツク回路は、この蓄積した
情報をプロセツサ・システムに供給する。次にプ
ロセツサ・システムは、帰還素子位置に関して得
た情報に基づき、補正システムにより表示スクリ
ーン上の電子ビーム位置を補正する。

〔実施例〕

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施例
を説明する。第２図は本発明の好適な実施例に用
いるCRT１を部分的に切断した斜視図である。
CRT１は、管球２と、この管球の一端で螢光体
の塗布された表示スクリーン１２と、電子銃組立
体１７と、スクリーン１２の近傍でこのスクリー
ン１２の電子銃側表面上に配置され穴のあいた金
属シヤドウ・マスク１３とを含んでいる。電子銃
組立体１７は３つの電子ビームを発生し、各ビー
ムは、赤、緑及び青の３つのラスタの１つに対応
する。この実施例では、１つの動作モード例とし
て、電子ビームはデルタ配置として示している
が、この配置は本発明の要旨を制限するものでは
ない。本発明は他の動作モード、例えば３つの電
子銃を直線上に配置した構造、ビーム位置の正確
な情報を必要とする単一電子銃構造にも同様に適
用できる。仮想窓１１はCRT１の部分拡大図で
あり、シヤドウ・マスク１３の点６において電子
ビームが所望の収束を行ない、３つのビームがス
クリーン１２上で３角形パターン７になることを
示している。シヤドウ・マスク１３の電子銃側表
面には、帰還素子１５で示す複数の帰還素子を配
置する。なお、この帰還素子については詳細に後
詳する。またCRT１は、管球２に透明視界ポー
ト９を備えており、この視界ポート９の近傍で低
雑音半導体光検出器１９を管球２に取付け、帰還
素子から放射された光を検出する。帰還素子１５
を除いて、CRT１は従来のシヤドウ・マスク型
カラーCRTである。

帰還素子１５の好適な形状を第３図に詳細に示
すが、これはCRT１の観察者側から見たもので
ある。帰還素子１５は一般に発光物質、例えば
P46又はP47螢光体であり、シヤドウ・マスクの
裏側に配置する。帰還素子１５は、直角３角形
（以下逆Ｖ字形と呼ぶ）の非結合の脚２０及び２
１を含んでおり、上述した米国特許第4456853号
と同様に、脚２０は垂直方向であり、脚２１は角
度αだけ傾斜している。代表的な寸法は、高さＤ
１が約0.3インチから約１インチであり、全長Ｄ
４が約0.3インチから約1.3インチであり、脚の巾
Ｄ２が水平方向に約0.01インチから約0.1インチ
であり、脚の間隔Ｄ５は脚の水平巾Ｄ２にほぼ等
しい。後述する如く環境に応じて角度αが決まる
が、一般には約45度である。他の形、例えば傾斜
した脚が垂直脚より先にあつたり、２つの脚が共
に傾斜している形を用いてもよい。また、脚を非
結合にする必要もない。

上述の如く、複数の逆Ｖ字形を一般に用い、各
帰還素子は表示空間の副領域の中心とする。この
表示空間にわたつて、CRTの３つのビームは正
確に収束し、整列する。逆Ｖ字形の数及び位置
は、使用する特定の補正技術、及び所望の補正分
解能により決まる。第４図に特に有効である逆Ｖ
字形１５の配置例を示すが、これは、スクリーン
１２の対角線に沿うと共に、スクリーンの中心を
介して水平及び垂直の位置情報が得られるように
設計されている。設計に応じて、帰還素子は、矩
形１８で決まる所定の特性領域内全体に、又はこ
の領域外にも部分的に配置してもよい。

第１図はCRT１を用いたシステムのブロツク
図であり、管球２のネツク部の周囲（又は内部）
に取付けた収束磁気組立体１４及び偏向ヨーク
（又は偏向板）１６と、Ｚ軸信号源３７と、水平
及び垂直偏向信号源３５と、波形発生器４１とを
含んでいる。また、トランスインピーダンス増巾
器４０と、積分Ａ／Ｄ変換器（変換手段）４３
と、逐次近似回路４４とから成る帰還回路も含ん
でおり、この帰還回路は光検出器１９からのアナ
ログ信号を、CRT１のビーム位置に関するデジ
タル情報信号に変換する。更にこの帰還回路はプ
ロセツサ４５を含んでおり、このプロセツサ４５
はデジタル情報信号に応答して、全体的な収束及
び波形発生器４１が発生した偏向波形に対し補正
機能がある。なお、ブロツク４４及び４５は制御
手段となる。

動作において、各特定の帰還素子の位置検出は
２段処理であり、一方が水平位置用であり、他方
が垂直位置用である。説明のため、帰還素子１５
に対応するCRT１の領域において、位置情報が
必要とする。水平位置を測定するために、第５図
に示す如く複数の垂直に整列された水平ラスタ・
ライン部分で構成したラスタ・バー５８を、逆Ｖ
字形、即ち帰還素子１５の脚２０上又は近傍に発
生する。このラスタ・バーの電子が脚２０に衝突
すると、この脚は発光し、光検出器１９が逆Ｖ字
形からの光を検出する。この好適な実施例におい
て、光検出器１９は、バクテク・オプトエレクト
ロニクス（VACTEC OPTOELECTRONICS）
社製VTS−70シリーズ光ダイオードの如く、光
電球モード、即ちソラー・セルとして利用できる
ように設計した１個以上のＰオンＮ広領域シリコ
ン・ダイオードを含んでいる。脚２０の発光に応
答して、光検出器１９は電流ｉを発生し、トラン
スインピーダンス増巾器４０がこの電流を有効な
レベルに増巾する。なお、増巾器４０は、演算増
巾器６０、及び抵抗値R₁の帰還抵抗器３９を含
んでいる。ノード６１の電圧信号V₆₁は次のよう
になる。

V₆₁＝−ｉ・R₁ 積分Ａ／Ｄ変換器４３の一部である積分器７０
により電圧V₆₁を積分する。

積分器７０は、演算増巾器５１と、抵抗値R₂
の抵抗器４２と、容量Ｃのコンデンサ５９とを備
えている。この積分は、ラスタ・バー５８の少な
くとも総合オン時間と、好適には光検出器の平均
応答時間（代表的には約１ミリ秒）とを加えた時
間Ｔの間中行なうので、積分した信号は光検出器
１９が受けた全放射エネルギーを測定できる。
（高分解能表示の単一ラスタに関連した時間は代
表的には16マイクロ秒のオーダであり、光検出器
の応答時間は約１ミリ秒なので、実際には光検出
器自体も積分器であることが理解できよう。）コ
ンデンサ５９の両端に接続されてスイツチ５０が
積分器７０に関連した積分時間を制御するが、ラ
スタ・バーの開始を制御するプロセツサ４５にス
イツチ５０が応答する。ラスタ・バーが脚２０に
伸びる程、逆Ｖ字形の更に広い領域に電子が衝突
し、発光が多くなり、ノード６２の積分信号が大
きくなる。

第６図は、ラスタ・バー５８が脚２０の中心線
２２を通過する際におけるこのラスタ・バー５８
の端の水平位置「Ｘ」の関数としての積分信号
（以下、V₆₂という）のグラフである。即ち、こ
のグラフは、積分器７０のＸ位置移動関数を表わ
す。このV₆₂は次の式で表わせる。

V₆₂＝R₁∫^T／₀idt／R₂・Ｃ 図示の如く、X₀及びX₁間にほぼ直線的な移動
関数領域がある。映像システムの帯域巾に関連し
た雑音により減少した実質的なビーム・スポツト
の大きさよりも脚２０が広いときこの直線性が得
られるので、移動関数がスポツトの大きさ及び映
像帯域巾に影響されない領域がある。（ラスタ・
バー５８の個々のラスタを追跡するのに用いる電
子ビームの１／ｅガウシヤン交差部分にスポツト
の大きさは起因している。）この直線領域内での
しきい値電圧V_thを選択して、出力信号V₆₂をこ
のしきい値電圧V_thと比較し、ラスタ・バーが逆
Ｖ字形脚２０上か否かを示す。反復によりラス
タ・バー５８の位置を調整できるので、出力信号
V₆₂は非常に正確にしきい値電圧V_thに対応する。
次に脚２０のＸ位置を測定する。便宜上、V_thを
脚２０の中心線２２に対応するように選択する。
第１図に示す如く、比較器５３が積分器７０の出
力信号をV_thと比較して、積分Ａ／Ｄ変換器４３
の機能を完了する。

動作として、積分器７０は基本的に雑音除去帯
域巾制限器として働き、好適なモードでは、帯域
巾を約1kHzに制限する。即ち、R₂・Ｃ≒１ｍsec
である。これらの理由により、積分器７０は、シ
ステムの信号対雑音比を所望のものとする本発明
の重要な特徴となる。勿論、デユアル・スロープ
積分器の如き他の形式の積分器も、この目的のた
めに利用できる。また、所望の信号対雑音比によ
り、ラスタ・バー５８内に用いるライン数を広範
囲に決定できることも明らかである。例えば、テ
クトロニツクス・インコーポレイテツド製4115B
型コンピユータ・カラー表示端末装置のCRTに
Ｐ−47螢光体を用い、光検出器１９として全有効
領域が約5.8cm²の一対のVACTEC VTS−3170光
電流ダイオードを用い、抵抗器３９の抵抗値を約
10Mオームとし、演算増巾器６０にPMI OP−
27GZを用いた場合、25本のライン部分を有する
ラスタ・バー５８は、ピーク対ピークで約2.1に
信号対雑音比を改善する。同様に、上述と同じシ
ステムでＰ−46螢光体を用いた場合は、Ｐ−47螢
光体の場合よりも光検出器の能動領域に一層合致
し、ピーク対ピークで信号対雑音比が約3.75に改
善される。これら信号対雑音比は共に、総合シス
テム収束規格が0.15mmに対応する基本的に雑音に
影響されない検出能力に充分であり、ライン部の
数が少なくとも利用できることを示す。即ち、ラ
イン部分の数は15でも確実に使用でき、Ｐ−46螢
光体なら更に少ない数でも使用できる。信号レベ
ルが非常に高い超小形CRTでは、ラスタ・バー
５８に１つのライン部分で充分である。

ラスタ・バー５８の位置が中心線２２に一致す
るように調整する反復手順は、逐次近似回路４４
で制御する。この回路４４は、逐次近似ロジツク
回路４９と、シフト・レジスタ４７と、インバー
タ７１とを含んでいる。ロジツク回路４９はシフ
ト・レジスタ４７の並列出力端子５６及びそのク
ロツク入力端子４８と結合しており、このシフ
ト・レジスタ４７を介してビツトをシフトする。

逐次近似技術の概念は、最悪の場合でも、シス
テム・プロセツサ内に記録された中心線２２に対
応するラスタ・バー５８の非補正Ｘ位置座標が、
中心線２２の実際の位置の既知の距離D₀の範囲
内にある、即ち、既知の最大誤差がD₀であると
いうことを仮定している。よつて、限度±D₀内
で、水平方向に沿つた種々の点にラスタ・バー５
８を連続的に位置決めして、脚２０の中心線２２
の正確な位置を決定できる。かかる反復処理の例
を第７Ａ〜第７Ｅ図に示すが、ここで中心線２２
の水平位置をX₂₂＝（３／７）D₀、即ち0.4286D₀
に選択する。反復の１ステツプでは、ラスタ・バ
ー５８の水平位置をＸ＝D₀にする。第７Ａ図に
示す如く、X′座標系でこれは第１位置X₁′＝2D₀
に対応する。なお、X′座標系はＸ座標系を距離
−D₀だけ移動したものである。この代わりの
X′座標系は反復処理の説明を簡単にするので、
以下の反復処理の説明ではX′座標系を用いる。

ラスタ・バー５８は脚２０を完全に通過するの
で、積分器７０の出力信号はしきい値電圧V_thよ
り大きくなり、比較器５３は、シフト・レジスタ
４７の入力端子４６に加わる第１ビツトとしてロ
ジツク「１」に対応する信号を発生する。ロジツ
ク回路４９はシフト・レジスタ４７をクロツク
し、このシフト・レジスタの並列出力端子５６、
特にQ₀のロジツク「１」を読取る。このロジツ
ク「１」はロジツク回路４９にラスタ・バー５８
が中心線２２を越えたことを知らせるので、ロジ
ツク回路４９はプロセツサ４５に信号を供給し
て、X₂′＝D₀、即ち2D₀である前の反復処理の半
分で他のラスタ・バー５８を開始させる。第２反
復処理を第７Ｂ図に示す。ラスタ・バー５８は中
心線２２に達しないので、比較器５３はロジツク
「０」を出力し、シフト・レジスタ４７へシフト
された第２ビツトは「０」となる。即ち、Q₀が
「０」でQ₁が「１」となる。これに応答して、ロ
ジツク回路４９はプロセツサ４５に信号を供給し
て、最新のロジツク「１」に対応する位置と最新
のロジツク「０」に対応する位置の間の中央の位
置、即ち、2D₀とD₀の中央であるX₃′＝1.5D₀とな
るようにラスタ・バー５８を開始させる。この第
３反復処理を第７Ｃ図に示す。ラスタ・バー５８
が中心線２２を越えるので、ロジツク「１」をシ
フト・レジスタ４７に入力し、ロジツク回路４９
によりプロセツサ４５は、最新のロジツク「１」
に対応する位置及び最新のロジツク「０」に対応
する位置の中央、即ち1.5D₀とD₀の中央である
X₄′＝1.25D₀に位置する新たなラスタ・バー５８
を発生する。

以上の説明からも明らかな如く、ロジツク回路
４９による一般的なアルゴリズムは、 X_i′＝ｉ＝０に対し2D₀ ｉ１に対しロジツク「０」に なるまで2D₀（１／２）ⁱ ｉ＞１に対しロジツク「０」後 （X_k′＋X_j′）／２ ここで、X_i′はｉ番目の反復処理のラスタ・バ
ー５８の位置であり、X_k′はｉ番目の反復処理の
前に生じた最下位ロジツク「１」に対応するｋ番
目の反復処理におけるラスタ・バーの位置であ
り、X_j′はｉ番目の反復処理の前に生じた最下位
ロジツク「０」に対応するｊ番目の反復処理にお
けるラスタ・バーの位置である。

第７Ｅ図及び７Ｆ図は、更に２回の反復処理を
図示しており、X′＝1.4286D₀である中心線２２の
位置に迅速に収束することを示している。脚２０
の位置を所定精度で測定するのに必要な回数だけ
この処理を持続する。所定精度が得られると、シ
フト・レジスタ４７に蓄積された一連のビツト
は、長さ2D₀で正規化された脚２０の位置の２進
表示の補正に対応する。インバータ７１を介して
プロセツサ４５がこの一連のビツトを読取り、帰
還素子１５に対応するCRTの領域を電子ビーム
が走査する際に供給すべき水平補正関数を計算す
るのに必要な位置情報をプロセツサ４５が得る。
プロセツサ４５のかかる読出しは、一度にすべて
行なうか、または新たな一連逐次近似の各ビツト
をシフト・レジスタに入力する際に１ビツトずつ
行なう。同様な反復処理を、他の２つのカラー・
ラスタの各々に対して行なうと共に、帰還素子の
各々に対しても行なう。代表的な高分解能カラー
図形CRT表示装置にとつて、最大誤差±D₀は一
般に約0.25インチ、即ち6.35mmであり、所望精度
は代表的には約0.05mmである。これは、ラスタ・
バーが位置する異なる領域の総計が約254（２×
6.35mm／0.05mm）に対応する。よつて、脚２０の
位置を２進数で表わすには、８ビツト（2⁸＝
256）、即ち８ビツト・シフト・レジスタ４７が必
要である。勿論、更に高い精度には、ビツト数の
多いシフト・レジスタが必要である。

帰還素子１５の傾斜脚２１及び他の帰還素子に
対しては、この傾斜脚に対して第８図に示す如く
脚２１の角度αに一致するように45度のラスタ台
形６８を用いることを除いて、上述と同じ反復処
理を適用する。勿論、連続したラスタ・ライン間
の垂直間隔が各ピクセルの水平間隔に等しいと仮
定すれば、各連続ラスタ・ライン部分を水平方向
に１ピクセルずつシフトすることによりラスタ台
形６８を簡単に実現できるので、上述の反復処理
を利用する。連続したラスタ・ラインの間隔が異
なると、角度αも変更しなければならない。即
ち、垂直間隔がＶで、１つのピクセルの水平巾が
Ｈならば、α＝arctan（Ｖ／Ｈ）となる。逆Ｖ字
形の傾斜脚の水平位置を決定すると、簡単な３角
法により、ΔHが傾斜脚及び垂直脚間の水平位置
における差ならば、逆Ｖ字形の先端からのラス
タ・バー６８の先端の距離「Ｓ」が次の式で与え
られる。

Ｓ＝ΔH−２・D2 当業者には、上述の反復技術が利用できる多く
の技術の内の１つであり、これらのいくつかはよ
り効果的かもしれないし、そうでないかもしれな
いことが理解できよう。例えば、非常に非能率的
であるが直接的な方法は、しきい値V_thに達する
まで、１回毎に最小増巾、即ち0.05mmだけラス
タ・バーを水平に単に移動させるだけである。そ
の効率、簡単さ、異なる近似技術を利用する際の
融通性、及び動作速度から、逐次近似回路４４を
用いた上述の技術を選択した。更に他の技術にお
いては、ビームの位置を示すのに上述で用いた直
接２進表示ではなく、グレー・コード又は誤り訂
正コードを用いるのが望ましい。

当業者には、上述のアルゴリズムが、逐次近似
デジタル・アナログ変換器で用いるのと同じであ
るのが認められるであろう。この特定のアルゴリ
ズムは、既にハードウエア的に解決されている。
かかる解決法を第９図に示す。この第９図は、逐
次近似回路４４を、当業者に逐次近似レジスタと
して知られている回路７４で置換した点を除い
て、第１図に類似している。回路７４は、蓄積レ
ジスタ７７の並列出力端子７８の信号レベルを制
御する逐次近似ロジツク回路７９を含んでいる。
逐次近似ロジツク回路７９には、種々の製造者か
らのTTL集積回路が利用可能であり、例えば、
アドバンスド・マイクロ・デバイスズの
AM2502／３／４シリーズ、又はナシヨナル・セ
ミコンダクタのDM2502／３／４シリーズがあ
る。端子７８の出力信号レベルはプロセツサ４５
に結合するが、ラスタの所望位置の２進表示であ
る。例えば８ビツト・レジスタ７７にとつて、数
列〔1000 0000〕は位置X₁′＝2D₀′を表わし、数列
〔0100 0000〕は位置X′＝D₀（即ち2D₀・1/2）を表
わし、数列〔0010 0000〕は位置X′＝D₀／２（即
ち2D₂（1/2）²）を表わし、以下同様である。そし
て、この逐次近似処理は、最上位ビツト（MSB）
で開始し、各ビツトでロジツク「１」を連続的に
試みる。即ち、数列〔1000 0000〕において、プ
ロセツサはラスタ・バー５８をX′＝2D₀で発生す
る。〔1000 0000〕を試みるとき、積分器出力信号
V₆₂はV_thよりも高いので、比較器はロジツク
「１」を発生する。X′＝2D₀は大き過ぎることが
示されるので、数列〔1000 0000〕のロジツク
「１」をレジスタ７７から除去し、次の最上位ビ
ツトを試みる。即ち、数列〔0100 0000〕となる。
V_thがV₆₂よりも大きいとき、ロジツク「１」は
そのビツトに残る。すべての反復処理の後、即
ち、最下位ビツトを試みた後、並列出力端子７８
のデジタル・ワードは、ラスタ・バー５８の所望
位置と等価になる。上述の如くプロセツサ４５が
この位置情報を用いて、近似補正関数を計算す
る。

各帰還素子に関連する３つのラスタ・ビームの
各々に対する位置情報を得て、ビーム収束を比較
的良好にする。例えばデルタ電子銃構造には、
CRT収束を可能とするビーム調整に４つの角度
がある（第１０図参照）。文字Ｒ、Ｇ及びＢは、
夫々ビームにより発生した特定色である赤、緑及
び青を示し、矢印は代表的に利用可能な調整方向
を示す。従来と同様に、赤及び緑ビームは１つの
対角線方向に共通収束点に向かつて又はこの収束
点から離れるように移動できる。この共通収束点
は第１０図で小さな交差点で示す。一方、青ビー
ムは、水平及び垂直の両方向に移動できる。ビー
ム位置が上述の如く帰還素子に対して決定する
と、ビームの相対位置が判り、３つのビームのす
べてを従来の如く収束点で一致するように移動で
きる。即ち、まず赤及び緑で黄色表示を形成した
後に、青により完全な一致の白表示とする。第１
１図に示す如くイン・ライン型式の電子銃を有す
るCRTの場合、収束を得るのに電子ビームを調
整するのに４つの方向がある。上述と同様に、文
字Ｒ、Ｇ及びＢは特定色を示す。代表的には、中
心ビームは固定である。即ち、この中心ビームは
偏向でのみ移動できる。一方、２つの外側ビーム
は各々２方向に移動する。ビームを収束させるに
は、外側のビームを必要に応じて中心ビームに単
に移動させる。ビームの相対位置を決定する従来
方法をイン・ライン構造に同様に適用できる。デ
ルタ構造及びイン・ライン構造の両方を収束する
上述の技術は、標準補正波形技法を適用すること
により実現できる。かかる補正波形は当業者に周
知である。例えば、上述のIBMに譲渡された米
国特許やSRLに譲渡された米国特許に開示され
ている。

上述のシステムには重要な利点が多くある。例
えば、高価で高品質の光電子増倍管（約130ドル）
を安価なシリコン光検出器（約30ドル）に置き替
えることにより、高品質の自動収束システムの値
段を大巾に下げることができるので、この自動収
束システムを安価な表示器により容易に利用でき
る。また、光電子増倍管システムでは必要であつ
た高電圧システムを光電流検出器は必要としない
ので、かかる高電圧システムに係る保守の問題を
軽減できる。更に、シリコン光検出器は、光電子
増倍管よりも利得特性が安定しており、繰返し性
能が向上する。また、シリコン検出器は、光電子
増倍管よりも、小形であり、低消費電力であり、
ハイブリツド化が容易であり、こわれにくい。

上述の技術は光電流ダイオードに限定されるも
のではなく、信号雑音比の高い他の検出器も含む
ことが当業者には明らかであろう。例えば、光電
子増倍管を用いることに何の利点もないが、その
しきい値電圧が逆Ｖ字形脚の半分のラスタ・バー
に対応するように設定することにより、光検出器
１９として光電子増倍管を用いることもできる。
しかし、光導電性ダイオードは、光導電性モード
において一般的に供給される逆バイアスに関連し
て雑音レベルが高いので、その利用は好ましくな
い。しかし、この逆バイアスが減少すれば、光導
電性素子は、光電流モードで基本的に動作するの
で、利用することも可能である。これは、利得に
対して光トランジスタが基本的には光導電性ダイ
オードである場合に類似している。

使用する検出器の雑音特性で決まる有効な他の
アプローチは、２次電子を放射できる物質で帰還
素子を作り、２次電子のコレクタを管球の内部に
配置して、適当な導体を介して外部からアクセス
可能にすることである。

また、帰還素子を、シヤドウ・マスク１３の電
子銃側表面を覆う導体／絶縁体コーテイング内の
複数の開孔として形成してもよい。なお、絶縁体
コーテイングはシヤドウ・マスクの次となる。シ
ヤドウ・マスク及び導電層の両方への外部電気接
続により、ラスタ・バーの正及び負の両方の指示
を検出することが可能である。ラスタ・バーが素
子開孔により決まる領域内にあるとき、ビーム電
流がシヤドウ・マスク内に向かい、また、ビーム
が表示領域内の他にあるとき、ビームは導電層に
向かう。第１状態を正の指示とみなし、第２状態
を負の指示とみなす。上述した手順のように、帰
還電流を処理して、所望の補正信号を発生する。

上述では自動ビーム収束を主に説明したが、こ
の基本概念は幾何学的歪の既知の形式の自動補正
にも適用できる。かかる補正を行なうには、対応
帰還素子の既知の物理的位置に関連し、収束した
各ラスタ・バーの所望位置を知ることのみが必要
である。この物理的位置は、製造過程において物
理的測定により決定してもよいし、補正システム
自体により得てもよい。表示が収束し、幾何学的
に許容されるように調整されると、帰還素子に関
連した所定ラスタ・バーの検出位置を蓄積して、
それからの自動調整中その位置を維持することは
簡単なことである。

当業者が認める如く、CRT内の帰還素子の概
念はシヤドウ・マスク型カラーCRTに限定され
るものではなく、単一又は複数の電子銃構造のモ
ノクロ又はカラーの他のCRTにも適用できる。
シヤドウ・マスクCRTにおけるビーム収束に関
するほとんどの原理は、単一共有偏向システムを
有する多ビーム・モノクロCRTにおけるビーム
の非収束を制御するにも同様に適用できる。例え
ば、２つ以上の電子ビームが平行で、表示媒体を
横切つて偏向され、ラスタ・ライン数が増加して
いるが、フレーム・レートが減少している映像ラ
スタを発生するモノクロ表示システムが知られて
いる。このシステムで重要なことは、正確な収束
ではなく、正確なビーム非収束である。勿論、シ
ヤドウ・マスクを用いているか否かに関係なく、
カラーCRT及びモノクロCRTの両方において、
幾何学的補正は重要である。

これらシヤドウ・マスクのないCRTにとつて、
帰還素子をCRT内に配置された周囲支持フレー
ム上に形成するか、又は表示スクリーン自体上に
形成するかして、画像特性領域の周囲に最も都合
良く帰還素子を離間させる。帰還素子を画像特性
領域の外側に配置している限り、表示された画像
への影響は最少であり、また帰還素子を上述の如
く形成してもよい。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明では、CRTの帰還手段から
の信号を検出手段が検出し、この検出した信号を
積分した後、デジタル信号に変換してCRTの電
子ビーム位置を制御している。よつて、検出手段
は高感度及び高速応答特性のものでなくてよいの
で、安価な半導体素子を利用でき、装置全体も安
価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例のブロツク
図、第２図は本発明に用いるCRTの部分切断斜
視図、第３図は本発明に用いる帰還素子を示す
図、第４図は帰還素子のCRTにおける配置を示
す図、第５図は帰還素子とラスタ・バーの関係を
示す図、第６図はラスタ・バーの位置特性を示す
図、第７Ａ〜第７Ｆ図は帰還素子とラスタ・バー
の関係を示す図、第８図は帰還素子の傾斜脚とラ
スタ・バーの関係を示す図、第９図は本発明の好
適な他の実施例のブロツク図、第１０及び第１１
図は電子ビームの収束動作を説明する図である。 図において、１は陰極線管、１５は帰還素子、
１９は検出手段、４３は変換手段、４４，４５及
び７４は制御手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表示スクリーンと、該表示スクリーンに向か
   う電子ビームを発生する電子銃と、上記表示スク
   リーン近傍の所定位置に配置され、上記電子ビー
   ムが衝突した面積に応じた出力を発生する帰還素
   子とを有する陰極線管と、 上記帰還素子の出力を検出し、上記電子ビーム
   が上記帰還素子に衝突した面積に応じた出力信号
   を発生する検出手段と、 該検出手段の出力信号を積分し、この積分した
   信号に応じたデジタル信号を発生する変換手段
   と、 上記電子ビームの走査位置を移動させて上記電
   子ビームが衝突する上記帰還素子の面積を順次変
   化させて得た上記変換手段からの上記デジタル信
   号により上記帰還素子の位置を求め、この位置に
   応じて上記陰極線管の電子ビームの位置を制御す
   る制御手段と を具えた陰極線管校正装置。