专利名称：图像显示装置中的电平移位器的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像显示装置，包括阴极射线管(CRT)，它配备有索引元件，用于检测发射到所述元件上的CRT的电子束，以及电平移位器，用于根据在索引元件的检测把至少一个信号从CRT的高压系统传送到电子束控制装置的低压系统。
背景技术：
举例来说，在具有显示图像的CRT的图像显示装置中会出现的一个问题是要精确地引导CRT的一个电子束或多个电子束到达希望的位置，即没有非常大的偏差。在显示具有最佳形状的射束点时常常会出现另一个问题。通过在设备制造期间对其进行校准，这些问题在一个有限的程度上可以得到校正。但是，该校准并不会对在使用图像显示装置的位置的其它影响所引起的问题产生任何影响，其它的这些影响包括如地球磁场或者其它设备的影响、低频干扰等。例如，低频干扰可能源于电源(50或60Hz)，源于产生杂散场的相邻电子设备等。
为了克服上述这些问题，已经提出了包括用于确定电子束位置的配准装置的许多解决办法。一种常用的解决办法是为CRT配备某种类型的索引元件，它检测电子束发射到该索引元件上的电子数量。指引装置随后产生一个与发射电子数成正比的信号。该信号随即经反馈回路发送给用于控制电子束方向和发射电子束的射束点的形状的控制装置。因此，在图像显示装置的操作期间出现的与电子束方向和发射电子束的射束点形状有关的任何误差均可由该控制装置校正。
图像显示装置的CRT和索引元件通常处于甚高压下(25-30kV)。在这种高压下进行测量是非常困难的并且可能会存在危险。因此，来自索引元件的信号不得不转换成低压信号。这个操作通常被称作电平移位。
EP 0 163 741描述了一种具有在荧光屏上排列的索引元件的束引彩色阴极射线管。这些索引元件被排列成跨越屏幕的带，并被分成两个电独立的组，第一和第二组。这些带的排列使得第一组的一个带与第二组的一个带相邻。这些带是导电的，并在电子发射到它们上时提供信号。为了检验电子束是否正确地发射，来自每组的信号被传送到控制装置。每组的信号经电容器发送到差分放大器，该差分放大器作为减法器来工作。因此，源自减法器的信号表示两组信号之间的差值，并被发送到用于控制电子束方向的控制装置。
US4 635 107描述了一种与上面类似的图像显示装置。该设备包括排列在屏幕上的索引元件。这些索引元件产生与发射电子相对应的信号并且它们被分成两组。这两组通过耦合变压器的初级绕组彼此连接。变压器提供屏幕的高压电位与连接次级绕组的处理电路的基准地电位之间的绝缘。来自次级绕组的信号随后被用在控制CRT电子束的控制装置中。
EP O 382 838描述了一种具有荫罩或者另一种类型的屏栅极的CRT。屏栅极包括多个孔。CRT的电子束在孔的位置相交并在经过孔后发散，目的是发射到CRT显示屏的不同荧光单元上。屏栅极经过用于产生在控制系统中使用的信号的电流传感装置与显示屏连接。电流传感装置可以是线圈或者LED，它把信号传送给拾取线圈或者光电二极管。因而，控制系统电路变得与CRT的高压绝缘。
在被认为是最相近的已有技术的WO 00/38212中，CRT被描述为具有排列在CRT的显示屏上的索引元件。这些索引元件排列成两组。一组索引元件与另一组索引元件相邻并导电。因而，这些索引元件产生与发射到它们上的电子数相对应的信号。在本文件中，这些索引元件还以不同的模式排列，它们被用于控制电子束行为的不同特性。由一个模式的组产生的信号作为输入信号提供给差分放大器。放大的差分信号随后经“电平移位器”发送给控制装置，以控制CRT的电子束。电平移位器是磁变压器(感应电压转换)，或者是电变压器(电容电压转换)，或者是光变压器(通过光转换)。电平移位器直接与差分放大器连接。
向控制装置提供反馈信号的一个问题在于反馈回路的电平移位器限制带宽。
发明概述本发明的一个目的是在图像显示装置中提供电平移位器，它不限制反馈回路的带宽。
这可以在权利要求1定义的图像显示装置中实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中定义。
具体来说，根据本发明的一个实施例，图像显示装置包括一个配备有索引元件的阴极射线管(CRT)，这些索引元件用于检测发射到所述元件上的CRT的电子束。该图像显示装置还包括一个电平移位器，它根据索引元件的检测把至少一个信号从CRT的高压系统传送到电子束控制装置的低压系统。而且，该图像显示装置的特征在于电平移位器包括一个输入级，以用于降低电平移位器的输入阻抗。
在根据本发明的图像显示装置中，在索引元件和CRT阳级之间存在电容效应。与电平移位器的输入阻抗结合在一起的该电容效应导致了电平移位器的传送功能的一个极。通过向电平移位器提供可降低电平移位器输入阻抗的输入级，该极可被移动至较高的频率。把该极移动至较高频率的效果是电平移位器的带宽增加。因此，通过配置电平移位器的输入级来降低电平移位器的输入阻抗，经过电平移位器的带宽可以增加。
在本发明的一个实施例中，电平移位器的输入级包括用于降低输入阻抗的电流镜。使用电流镜的一个优点在于电平移位器的输入阻抗可被控制和优化，以便呈现出电平移位器的最佳性能。使用电流镜的另一个优点在于它可便宜且方便地结合到集成电路(IC)中。
根据本发明的另一个方面，电平移位器的输入级包括用于降低输入阻抗的反相I/V-转换器(电流-电压转换器)。这个实施例的优点在于它可以非常便宜且方便地实施，并能够经受加到输入级上的电压，并且元件失配不会降低电路性能。但是，它并不象电流镜那样能够容易地结合到IC中。I/V转换器解决方案的缺陷在于它的导电行为以及索引元件和CRT阳极之间的电容会引起谐振。
根据本发明的另一个方面，电平移位器的输入级包括两个级联运算放大器和一个把最后一个运算放大器的输出与第一个运算放大器的输入连接在一起的反馈连接。本实施例的一个优点在于它比单个I/V转换器更稳定，并且更容易衰减可能的谐振。本实施例的其它优点在于输入级能够经受加到它们上的电压并且元件的失配不会损害电路性能。
在本发明的一个优选实施例中，信号经光信号路径从高压系统传送到低压系统。该实施例可以在高压系统和低压系统之间提供电隔离。而且，光路径对于环境的干扰是非常不敏感的。这种干扰可能是来自家用电器或者其它设备的磁场。
根据本发明的另一个优选实施例，第一和第二索引元件彼此相邻排列。这种排列不仅可以指示出电子束发射到图像显示装置屏幕的错误位置上，而且还可以确定电子束点实际发射的位置与希望的位置之间的距离和方向。在一个优选实施例中，向控制装置提供了一个与分别从第一和第二索引元件接收的信号之间的差值相对应的信号。
总之，本发明提供了一种图像显示装置，它具有阴极射线管(CRT)、用于控制阴级射线管的一个电子束/多个电子束的控制装置、用于确定一个电子束/多个电子束是否发射到正确的位置上的索引元件、以及用于向控制装置提供由索引元件产生的信号的反馈系统。该反馈系统包括用于把信号从CRT和索引元件的高压系统传送到控制装置的低压系统的电平移位器。为了向电平移位器提供传送包括高频的信号的能力，该电平移位器配备了一个输入级，以用于降低电平移位器的输入阻抗。
下面参考附图将更详细地描述本发明，其中，相似的标号表示相似的结构元件，并且其中图1是根据本发明一个优选实施例的图像显示装置中的阴极射线管的示意图；图2是可用在根据图1的图像显示装置中的电平移位器的示意图；图3是根据图2的电平移位器的优选输入级的示意图；图4a是根据图2的电平移位器的另一个优选输入级的示意图；图4b是把图4a中的输入级的增益和输入阻抗表示为频率的函数的图；图5a是根据图2的电平移位器的另一个优选输入级的示意图；图5b是把图5a中的输入级的增益和输入阻抗表示为频率的函数的图；图6是根据图2的电平移位器的一个优选实施例的示意图；图7表示图6中的电平移位器的高压侧的优选实施例；图8表示图6中的电平移位器的低压侧的优选实施例；
图9是根据图2的电平移位器的另一个优选实施例的示意图；图10表示图9中的电平移位器的高压侧的优选实施例；图11表示图9中的电平移位器的低压侧的优选实施例；图12是根据图2的电平移位器的另一个优选实施例的示意图；而且图13是在一个优选实施例中位于电平移位器的低压侧的自动校准电路的示意图。
本发明优选实施例的详细描述图1表示根据本发明的图像显示装置中的阴极射线管2(CRT)的一个优选实施例。CRT2包括显示窗4、锥形6和管颈8。管颈8容纳了产生电子束的电子枪。电子束通过偏转装置10在显示窗4上偏转。电子枪和偏转装置的功能对于本领域技术人员来说是熟知的，因而不再赘述。
显示窗4具有荧光单元，在本实施例中是红(R)、绿(G)和蓝(B)，它们把发射电子束转换为光，进而成为图像。在排列在屏幕可视部分上的每个荧光单元中，排列了两个电分离的索引元件12、14，它们在后面将分别被称作第一索引元件12和第二索引元件14。每个荧光单元的第一索引元件12与输出导线16电连接，并且每个荧光单元的第二索引元件14与输出导线18电连接。当电子束均匀地发射到荧光单元的第一索引元件12和第二索引元件14上时，从输出导线16和18流出的电流之间没有差别。电流差别的检测用来校正CRT2的电子束。还可以向图像显示装置提供具有它们自己的输出导线的索引元件的另外模式，用于控制电子束的其它性质，如在WO 00/38212中所描述的。
为了控制和调节电子束，CRT2的偏转装置10由控制装置50控制。偏转装置10的性质和功能对于本技术领域的技术人员来说是熟知的。在一个优选实施例中，控制装置50是用以控制偏转装置10的微处理器。
WO 00/38212示出了偏转装置10的一种可能的驱动以及可存在于所述偏转装置中的不同装置。
为了优化图像显示装置的性能，来自索引元件12、14的信号被发送到控制装置50以用于一个电子束/多个电子束的评价和校正。通过使用从索引元件12、14输入的信号并通过控制偏转装置10，控制装置50能够连续调节图像显示装置的性能。但是，索引元件12、14排列在CRT2的高压系统20中，并且控制装置50基于低压系统22。为了变换来自输出导线16、18的信号，图像显示装置的反馈回路配备了电平移位器30。在包括索引元件的其它模式的系统中，可为每种模式提供一个电平移位器。
现在参考图2，电平移位器的优选实施例包括从输出导线16接收索引信号的输入级32a、从输出导线18接收索引信号的输入级32b、用于处理并传输高压系统中的一个或多个信号的电路34、用于处理并接收低压系统中的一个或多个信号的电路36以及用于高压系统20和低压系统22之间的信号传输的光信号路径38。输入级的目的实质上是增加电平移位器的带宽。根据本发明，这可通过使索引信号经过一个降低的输入阻抗来实现，这与不提供根据本发明的输入级的电平移位器相关。通过降低输入阻抗，存在于电平移位器的传递函数中的极位于较高的频率。
因而，电平移位器能够把包括较高频率的索引信号从高压系统传送到低压系统。
下面将详细描述输入级实施例。在输入级之后，一个信号/多个信号经光路径发送。光路径优选由发射信号的发光二极管(LED)和接收信号的光电二极管形成。因而，电平移位器既把信号的电压系统的变化从高压系统提供给了低压系统，又在这些系统之间提供了电隔离。
在本发明目前的优选实施例中，输入级32a、32b包括电流镜，见图3，以用于降低电平移位器的输入阻抗。电平移位器的输入阻抗可通过改变电流镜的偏压DC电流Idc的值来调节，而且，电流增益可通过改变镜参数n来调节。输入级中的电流镜32的一个实施方案在图7中示出。在当前优选的实施例中，在电流镜32a、32b中使用的晶体管具有低基极电阻、低发射极电阻和低集电极电阻。另外，这些晶体管彼此匹配非常好。
在本发明的另一个实施例中，输入级是如图4a所示的反相I/V转换器。该输入级包括运算放大器322和电阻器R。I/V转换器的输入阻抗|Z|与运算放大器322的开环增益A0成反比。因而，输入阻抗将会非常低，直至滚降频率。在图4b中，输入阻抗|Z|和运算放大器的增益|A|被表示为频率f的函数。如上所述，低输入阻抗|Z|低到了直至滚降频率324。
在本发明的另一个实施例中，如图5a所示，输入级包括两个级联运算放大器326、328。在本实施例中，所需的正向增益被分布于两个运算放大器当中。这将会很方便地使电路稳定并且仍然使输入级呈现非常低的输入阻抗。运算放大器326提供了包括电阻器R1和R2的本机反馈，运算放大器328还提供了包括电阻器R3和R4的本机反馈，并且这两个运算放大器326、328的级联提供了包括把最后的运算放大器328的输出O2与第一个运算放大器326的输入连接在一起的电阻器R12的总反馈。第一运算放大器326的电压增益是A1＝R2/R1并且运算放大器328的电压增益是A2＝(R3+R4)/R4为了向总反馈回路提供足够的回路增益，这些增益因数的乘积应当是高的。输入级32的总增益随后由总反馈电阻器R12确定。这个输入级32的输入阻抗|Z|12与图4a的输入级相比具有不同的频率行为。在图5b中，增益|A|12和输入阻抗|Z|12被表示为频率的函数。虚线|Z|示出了图4b中的输入阻抗。图5a中的输入级的滚降频率325所处的频率高于图4a中的输入级的滚降频率324。但是，DC输入阻抗略有增加。与I/V转换器相关的级联电路的主要优点在于更易于应用，这是因为降低的导电行为所致。
图6是电平移位器的优选实施例的示意图。来自指引模式中的每组索引元件的索引信号分别经导线16和18输入电平移位器30中。指引导线16、18连接独立的输入级32a、32b，输入级32a、32b是上述类型之一。在输入级32a、32b之后，源自目前的指引模式中的两组不同的索引元件的信号在减法电路342中彼此相减。因此，来自减法电路342的输出信号343表示两个索引信号之间的差值，它在随后被称作差分信号。放大器344随后放大该差分信号以优化与光路径有关的差分信号的振幅。在光路径中，LED346的作用是差分信号的发射器。该差分信号被置于电流源348产生的偏压电流上。该偏压电流以及差分信号的放大的选择是要使差分信号的峰-峰值由LED346发送。因而，差分信号的零电位由偏压电流提升，这样，差分信号的子零电位部分就不会使电流驱动LED346经过零以下。
差分信号因而通过LED346传送经过光路径。为了接收基于光的差分信号，光电二极管362被置于光路径的接收侧。光电二极管362产生与接收的光量成正比的电流。因而，该电流对应于置于光路径发射侧的偏压电流上的差分信号。接收的信号随后发送给放大器364，它补偿源自光路径的信号的衰减。在放大器364之后，该信号通过电流发生器366产生的DC信号补偿。电流发生器366用于删除源于应用到经过光路径传送之前的差分信号的偏压电流的信号的部分。信号的其余部分现在对应于原始差分信号，它经I/V转换器368发送到输出门369。出于实际考虑，I/V转换器368的目的是把电流信号转换为电压信号。
来自电平移位器的差分信号随后作为诸如上述微处理器这样的控制装置的输入。
图7表示电平移位器的高压HV侧的优选实施例的优选实施方案。所述实施方案是图6中所示的实施例的高压侧HV的一个可能的实施方案。图中的电压电源402表示电平移位器的高压HV侧的本地电压电源。电流源404a-b分别对应于电子枪和当电子束发射到索引元件上时产生的电流。因此，导线16、18对应于在前面的图中具有相同参考数字的输出导线。在本实施例中，输入级作为电流镜32a-b来实施。当索引信号分别经过了输入级32a和32b时，放大器344处理它们。随后，索引信号被馈送至减法电路342，它产生差分信号。LED346的偏压电流通过作为电阻器406实施的电流源来提供。
图8表示根据图6的电平移位器的低压侧LV的一个优选实施例的优选实施方案。所述实施方案是图6中所示的实施例的低压侧LV的一种可能的实施方案。该实施方案使用分别由电压源412和414示出的一个正电压馈送和一个负电压馈送。来自高压侧的LED的光由光电二极管362接收。光电二极管362产生与接收的光成正比的信号并且该信号被发送至放大器364。随后，该信号由与应用到高压侧的信号的偏压电流相对应的电流的相减来补偿。该补偿在DC补偿级366执行。信号随后经I/V转换器368输出到控制装置。
图9是电平移位器的另一个实施例的示意图。在本实施例中，来自每组索引元件16、18的索引信号在电平移位器的高压侧HV单独处理。这些信号并不彼此相减，直到它们到达低电压侧LV为止。因而，本实施例包括在高压侧的每个索引信号的一个信号路径。每个信号经过输入级32a-b以及放大器502a-b，它放大信号以优化与光路径有关的差分信号的振幅。索引信号随后通过LED504a-b经光路径发送。在发送信号之前，与图6中的差分信号方式相同，每个索引信号被置于偏压电流506a-b上。
在低压侧LV，每个偏压索引信号由光电二极管512a-b接收。光电二极管产生与照射到其上的光成正比的信号。因而，每个光电二极管产生与偏压的索引信号成正比的信号。每个偏压的索引信号随后经过放大器514a-b，它补偿源自光路径的信号的衰减。在放大器之后，索引信号之一在516从另一个索引信号中减去。在本实施例的一个实施方案中，如图11所示，减法是在减法器516执行的。相减的结果就是产生差分信号。这个差分信号经I/V转换器518传送到控制装置。I/V转换器518的功能与图6中的电平移位器的I/V转换器368的功能相同。
图10表示图9中的电平移位器的高压HV侧的实施例的一个实施方案。图中的电压源520表示电平移位器的低压LV侧的本地电压源。电流源522和523分别对应电子枪和在电子束发射到索引元件组时产生的电流。电路的功能已经在图9的说明中进行了描述，并且在图9中相应的元件在本图中以相同的参考数字表示。
图11表示图9的电平移位器的低压LV侧的实施例的一个实施方案。该实施方案使用分别由电压源526和527表示的一个正电压馈送和一个负电压馈送。电路的功能已经结合图9的说明进行了描述，并且在图9中相应的元件在本图中以相同的标号表示。
图12表示电平移位器30的另一个实施例。本实施例的基本想法是把差分信号的振幅和正负符号作为独立的信号经光路径发送。在本实施例中，来自每组索引元件的索引信号分别经导线16、18发送。
每个索引信号在输入级32a、32b接收。输入级可以是在本文件中前面所述的任意类型。在输入级32a、32b之后，索引信号之一在减法器342中被从另一个索引信号中减去。减法器342随后输出一个差分信号。振幅信号和正负号信号从该差分信号中提取。在该优选实施例中，振幅信号通过整流器552获得。
因而，振幅信号不包括与差分信号的正负有关的信息。在该优选实施例中，通过把差分信号与零进行比较，如通过把运算放大器用作极性指示器554，则可以获得正负信号。因此，所述正负信号包括关于差分信号的正负的信息。
振幅信号经放大器556传送给LED558，它根据光路径优化该信号。LED558把振幅信号作为光从电平移位器30的高压侧传送到电平移位器30的低压侧的光电二极管560。光电二极管产生与接收的光成正比并因此与振幅信号成正比的电流。振幅信号随后传送给放大器562，它补偿由光路径引起的衰减。随后，振幅信号输入到乘法电路564。
正负信号经放大器566也传送给LED568，它根据光路径优化该信号。LED568把正负信号作为光从电平移位器30的高压侧HV传送到电平移位器30的低压侧LV的光电二极管570。光电二极管产生与接收的光成正比并因此与正负信号成正比的电流。正负信号随后经过放大器572，它补偿由光路径引起的衰减。随后，与振幅信号一样，正负信号输入到同一个乘法电路564中。
因而，两个不同的光路径分别用于振幅信号和正负信号。乘法电路564通过把振幅信号和正号信号组合起来，如使信号相乘，则可以重构差分信号。重构的差分信号随后从电平移位器传送到控制装置。但是，也可以不重构差分信号就把振幅信号和正负信号传送给控制装置。
在本发明的一个实施例中，电平移位器包括图13所示的自动校准电路。自动校准电路的目的就是保证传送的信号的零交叉正确传送而没有偏移。为了能够执行校准，该实施例利用了在索引信号为零的视频帧期间存在某些时间间隔的事实。举例来说，当没有射束电流存在时，如在消隐期间，并且当电子束没有发射到由特定电平移位器管理的任何索引元件上时，索引信号为零。在这些情况下，可以校准电平移位器以输出零信号。
自动校准电路优选包括构建在电平移位器的最后一级的运算放大器602周围的校准回路。窗口检测器604检测在电平移位器输出端的非零电压。窗口检测器604和同步信号609经逻辑电路608控制计数器606，它产生使能信号615和UP/DOWN信号617。逻辑电路608和同步信号609确保校准仅仅在电平移位器输入为零时才执行。计数器606由振荡器610定时，而且驱动D/A转换器612。D/A转换器612的缓冲输出经另一个放大器616连接到运算放大器602的正输入端以用于调节输出电平。
权利要求
1.一种图像显示装置，包括阴极射线管(2)，配备有索引元件(12，14)，用于检测发射到所述元件(12，14)上的阴极射线管(2)的电子束，以及电平移位器(30)，用于根据在索引元件(12，14)的检测把至少一个信号从阴极射线管(2)的高压系统传送到电子束控制装置50的低压系统，其特征在于电平移位器(30)包括输入级(32a，32b)，以用于降低电平移位器(30)的输入阻抗(|Z|；|Z|12)。
2.如权利要求1的图像显示装置，其中输入级(32a，32b)包括电流镜(32)。
3.如权利要求1的图像显示装置，其中输入级(32a，32b)包括反向电流-电压转换器(32)。
4.如权利要求1的图像显示装置，其中输入级(32a，32b)至少包括两个级联运算放大器(326，328)和一个把级联运算放大器(326，328)的最后一个运算放大器(328)的输出O2与级联运算放大器(326，328)的第一个运算放大器(326)的输入连接(FB12)在一起的反馈连接，所述反馈连接(FB12)包括电阻器R12。
5.如权利要求4的图像显示装置，其中至少两个级联运算放大器(326，328)之一被用作反向电流-电压转换器(32)。
6.如前述任意一个权利要求的图像显示装置，其中电平移位电路(30)至少包括一个光信号路径(38)，用于传送至少一个信号并用于提供高压系统(20)和低压系统(22)之间的电隔离。
7.如权利要求6的图像显示装置，其中光路径(38)包括用于发射来自高压系统(20)的所述至少一个信号的光发射二极管(346)和用于在低压系统(22)接收所述至少一个信号的光电二极管(362)。
8.如权利要求1的图像显示装置，其中包括第一索引元件(12)和第二索引元件(14)的索引元件(12，14)彼此相邻，并且用于分别在输出导线(16)上产生第一索引信号并在输出导线(18)上产生第二索引信号。
9.如权利要求8的图像显示装置，还包括减法装置(342)，用于从第一索引信号中减去第二索引信号并用于产生表示第一索引信号与第二索引信号之间的差的差分信号(343)。
10.如权利要求8或9的图像显示装置，其中差分信号经光路径(38)从高压系统(20)传送给低压系统(22)。
11.如权利要求1的图像显示装置；其特征在于高压系统(20)包括索引元件(12，14)和电平移位器(30)的高压侧(HV)，索引元件(12，14)经输出导线(16，18)连接到电平移位器(30)的输入级(32a，32b)，低压系统(22)包括电平移位器(30)的低压侧(LV)和电子束控制装置(50)，电平移位器(30)的输出(369)连接电子束控制装置(50)，以用于控制发射到索引元件(12，14)上的电子束的位置。
全文摘要
本发明涉及一种图像显示装置，它具有阴极射线管(2)、用于控制阴级射线管(2)的一个电子束/多个电子束的控制装置(50)、用于确定一个电子束/多个电子束是否发射到正确的位置上的索引元件(12，14)、以及用于向控制装置(50)提供由索引元件(12，14)产生的信号的反馈系统。该反馈系统包括用于把信号从阴极射线管和索引元件(12，14)的高压系统(20)传送到控制装置(50)的低压系统(22)的电平移位器(30)。为了向电平移位器(30)提供传送包括高频的信号的能力，电平移位器(30)提供了输入级(32a，32b)，以用于降低电平移位器(30)的输入阻抗。
文档编号H04N9/16GK1426661SQ01808462
公开日2003年6月25日 申请日期2001年12月13日 优先权日2000年12月22日
发明者P·J·G·范利索特, P·J·恩格拉尔 申请人:皇家菲利浦电子有限公司