Трубка Гира

Трубка Гира — ранняя одноламповая для цветного телевидения электронно-лучевая трубка , разработанная Уиллардом Гиром. В трубке Гира использовался узор из небольших трехсторонних пирамид, покрытых люминофором, на внутренней стороне лицевой панели ЭЛТ для смешивания отдельных красных, зеленых и синих сигналов от трех электронных пушек . Трубка Гира имела ряд недостатков и никогда не использовалась в коммерческих целях из-за гораздо лучшего изображения, генерируемого RCA масок системой теневых . Тем не менее, патент Гира был выдан первым, и RCA приобрела на него опцион на случай, если их собственные разработки не оправдаются.

История

Цветной телевизор

Цветное телевидение изучалось еще до того, как коммерческое вещание стало обычным явлением, но серьезно проблему начали рассматривать только в конце 1940-х годов. В то время предлагалось несколько систем, которые использовали отдельные красные, зеленые и синие сигналы (RGB), транслируемые последовательно. Большинство экспериментальных систем транслируют целые кадры последовательно с цветным фильтром (или « гелем »), который вращается перед обычным черно-белым телевизионным кинескопом. Каждый кадр кодировал один цвет изображения, и колесо вращалось синхронно с сигналом, поэтому правильный гель находился перед экраном, когда отображался этот цветной кадр. Поскольку они передавали отдельные сигналы для разных цветов, все эти системы были несовместимы с существующими черно-белыми телевизорами. Другая проблема заключалась в том, что механический фильтр заставлял их мерцать, если не использовалась очень высокая частота обновления.

RCA работала совершенно по другому принципу, используя систему яркости-цветности. Эта система не кодировала и не передавала сигналы RGB напрямую; вместо этого он объединил эти цвета в один общий показатель яркости, « яркость ». Яркость близко соответствовала черно-белому сигналу существующих передач, что позволяло отображать его на черно-белых телевизорах. Это было большим преимуществом перед механическими системами, предлагаемыми другими группами. Информация о цвете затем отдельно кодировалась и включалась в сигнал как высокочастотная модификация для создания составного видеосигнала – на черно-белом телевидении эта дополнительная информация будет рассматриваться как небольшая рандомизация интенсивности изображения, но ограниченное разрешение существующих наборов сделали это невидимым на практике. В наборах цветов сигнал будет отфильтрован и добавлен к яркости, чтобы воссоздать исходный RGB для отображения.

Хотя система RCA имела огромные преимущества, она не получила успешного развития из-за сложности производства дисплейных трубок. Черно-белые телевизоры использовали непрерывный сигнал, а трубку можно было покрыть равномерным слоем люминофора. Согласно концепции яркости, цвет постоянно менялся вдоль линии, что было слишком быстро, чтобы за ним мог уследить какой-либо механический фильтр. Вместо этого люминофор пришлось разбить на отдельные узоры цветных пятен. Сфокусировать правильный сигнал на каждом из этих крошечных пятен было за пределами возможностей электронных пушек той эпохи.

Решение Гира

Чарльз Уиллард Гир, тогда доцент Университета Южной Калифорнии , читал лекции по механическим методам производства цветного телевидения, над которыми экспериментировали в 1940-х годах, и решил, что система с электронным сканированием будет лучше, если кто-нибудь только ее изобретет. Упомянув об этом позже его жене, она ответила: «Тебе лучше заняться этим и изобрести это самому».

Гир решил проблему отображения с помощью нового применения оптики. Вместо того, чтобы пытаться сфокусировать электронные лучи на крошечных точках, он сосредоточил их на более крупных площадях и использовал простую оптику, чтобы повторно объединить каждый отдельный основной цвет в любом заданном месте экрана в один пиксель . Трубка была оснащена тремя отдельными электронными пушками, по одной для красного, зеленого и синего цветов (RGB), расположенными вокруг области изображения. Это сделало трубку Гира довольно большой; «горлышки» трубок обычно лежат за областью дисплея и придают телевизору глубину, тогда как в трубке Гира шейки выступают за пределы области дисплея, делая ее намного больше.

Задняя грань экрана была покрыта серией крошечных треугольных пирамидок, отпечатанных на алюминиевом листе, покрытых внутри каждой грани цветным люминофором. При правильном выравнивании данный электронный луч мог достичь только одной грани пирамиды, удариться о нее и пройти через тонкий металл в более толстый слой люминофора внутри. Когда все три пистолета попадали в соответствующие лица, цветной свет возник внутри пирамиды, где он смешивался, создавая правильное цветовое отображение на открытом основании, обращенном к пользователю.

Огромным преимуществом системы Гира является то, что ее можно использовать с любой из предлагаемых систем цветного телевизионного вещания. CBS продвигала систему « последовательного изображения » со скоростью 144 кадра в секунду, которую они намеревались отображать с помощью механического колеса цветных фильтров. Тот же самый сигнал можно было бы отобразить на трубке Гира, поочередно отправляя каждый последующий кадр на другой пистолет. «Последовательную» систему RCA также можно продемонстрировать путем демультиплексирования сигналов и одновременной отправки всех трех цветовых сигналов на каждое из соответствующих пистолетов. Черно-белые сигналы можно было отображать, отправив один и тот же сигнал, приглушенный на 1/3, а также на все три орудия одновременно.

Серьезной проблемой для конструкции было заставить электронный луч попасть в правильную пирамиду, а не в окружающие. Луч электронной пушки обычно имеет круглую форму, поэтому, когда он был направлен на треугольную мишень, какая-то часть луча обычно проходила мимо пирамиды мишени и попадала на другие части экрана. Это приводит к пересканированию , в результате чего изображение становится размытым и размытым. Проблему было особенно трудно решить, поскольку угол между лучом и гранями менялся по мере того, как лучи сканировали трубу: пирамиды рядом с пушкой поражались под прямым углом, а пирамиды на противоположной стороне трубы - под острым углом. угол. Учитывая, что каждая пушка была смещена относительно главной оси ЭЛТ, во время сканирования необходимо было внести существенные геометрические исправления в геометрию растра.

Конкурирующие системы

Гир подал заявку на патент на свою конструкцию 11 июля 1944 года. Technicolor приобрела патентные права и начала разработку прототипов устройств совместно со Стэнфордским исследовательским институтом , потратив на разработку, как сообщается, 500 000 долларов в 1950 году (приблизительно 4 миллиона долларов в 2005 году). В то время о системе широко сообщалось, включая упоминания в журнале Time . Популярная наука , Популярная механика , Радиоэлектроника , и другие.

Многие другие компании также работали над системами цветного телевидения, в первую очередь RCA . Они подали патент на свою систему теневых масок всего через несколько недель после Гира. Когда Гир и Technicolor сообщили RCA о своем патенте, RCA получила лицензии и добавила дополнительное финансирование к проекту в качестве «второго железа в огне» на случай, если ни одна из их собственных разработок не сработает.

В ходе прямых испытаний других систем цветного телевидения в рамках усилий по стандартизации цвета NTSC , начавшихся в ноябре 1949 года, трубка Гира показала себя не особенно хорошо. При пересканировании цвета смешивались с соседними пикселями, что приводило к мягким цветам, плохой совмещению цветов и контрастности. Эта проблема ни в коем случае не ограничивалась трубкой Гира; На выставке было продемонстрировано несколько различных технологий, и только механическая система CBS смогла создать изображение, удовлетворившее судей. В 1950 году система CBS была принята в качестве стандарта NTSC.

Гир продолжал работать над проблемами неширокого сканирования в конце 1940-х и в 1950-х годах, подав дополнительные патенты на различные исправления для улучшения системы. Другие производители добились аналогичных успехов в своих собственных технологиях, и в 1953 году NTSC вновь собрала комиссию для рассмотрения проблемы цвета. На этот раз быстро RCA система теневых масок продемонстрировала свое превосходство над всеми другими системами, включая систему Гира. Теневая маска оставалась основным методом создания цветных телевизоров, уступая Sony Trinitron с большим отрывом, до начала 2000-х годов, когда ЖК- технология заменила ЭЛТ. В то же время версия RCA кодирования цвета в сигнал, совместимая с существующими черно-белыми телевизорами, также была принята с модификациями и оставалась основным телевизионным стандартом США до 2009 года, когда аналоговое телевидение было закрыто .

После NTSC

Некоторое время Гир продолжал работать над своей основной концепцией, а также над другими концепциями, связанными с телевидением. В 1955 году он подал патент на плоскую телевизионную трубку, в которой использовался пистолет, расположенный рядом с областью изображения и стрелявший вверх, к верху. Луч был отклонен на 90 градусов серией заряженных проводов, так что теперь луч путешествовал горизонтально по задней части области изображения. Вторая сетка, расположенная рядом с первой, затем изгибала лучи под небольшим углом, так что они попадали на заднюю часть экрана.

Судя по всему, это устройство когда-либо было создано, а расположение прицельных элементов предполагает, что фокусировка изображения будет серьезной проблемой. Два других изобретателя также работали над этой проблемой: Деннис Габор в Англии (более известный благодаря разработке голограмм ) и Уильям Эйкен в США. Оба их патента были поданы раньше Гира, и трубка Эйкена была успешно изготовлена ​​в небольшом количестве. Совсем недавно аналогичные концепции использовались в сочетании с конвергентными системами, управляемыми компьютером, для создания «более плоских» систем, обычно для на компьютерных мониторах использования . Sony продавала монохромные телевизоры с маленькими экранами, используя в основном похожие, почти плоские ЭЛТ; они также использовались для мониторов внешнего вещания. Однако их быстро вытеснили системы на базе ЖК-дисплеев .

В 1960 году он подал заявку на патент на систему трехмерного телевидения, в которой использовались две цветные трубки и двухмерная версия его пирамид. Вертикальные каналы отражали свет в двух направлениях, создавая разные изображения для каждого глаза.

Патенты

• Патент США № 2 480 848 «Устройство цветного телевидения», Чарльз Уиллард Гир / Technicolor Motion Picture Corporation, подан 11 июля 1944 г., выдан 6 сентября 1949 г.
• Патент США № 2622220 «Цветной телевизионный экран», Чарльз Уиллард Гир / Technicolor Motion Picture Corporation, подан 22 марта 1949 г., выдан 16 декабря 1952 г.
• Патент США № 2850669 «Телевизионный кинескоп или подобное», Чарльз Уиллард Гир, подан 26 апреля 1955 г., выдан 2 сентября 1958 г.
• Патент США № 3184630 «Устройство трехмерного отображения», Чарльз Уиллард Гир, подан 12 июля 1960 г., выдан 18 мая 1960 г.

См. также

• Хроматрон , еще один ранний ЭЛТ цветного телевидения, который больше не используется.
• Индексно-лучевая трубка
• Теневая маска
• Апертурная решетка

Ссылки

Библиография

• Эдвард В. Герольд, «История и развитие цветного кинескопа», Труды Общества отображения информации , том 15, выпуск 4 (август 1974 г.), стр. 141–149.
• «Труба учителя» , Time , 20 марта 1950 года.

Дальнейшее чтение

• Марк Хейер и Эл Пински, «Интервью с Гарольдом Б. Лоу» , Исторический центр IEEE, 15 июля 1975 г.