хроматрон

Хроматрон . — это конструкция электронно-лучевой трубки цветного телевидения, изобретенная лауреатом Нобелевской премии Эрнестом Лоуренсом и разработанная на коммерческой основе компаниями Paramount Pictures, Sony, Litton Industries и другими Хроматрон предлагал более яркое изображение, чем традиционные системы цветного телевидения, использующие теневую маску, но множество проблем разработки не позволяли ему широко использоваться, несмотря на годы разработки. В конце концов Sony отказалась от нее в пользу своей знаменитой системы Trinitron, использующей апертурную решетку.

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 систем транслируют целые кадры последовательно с цветным фильтром (или «Цветным гелем | гелем»), который вращается перед обычным черно-белым телевизионным кинескопом. 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. Несмотря на эти проблемы, Федеральная комиссия по связи США (FCC) выбрала стандарт последовательного кадра 144 кадра/с от CBS в качестве стандарта цветного вещания в 1950 году.

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 существующих 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 воспринималась бы как небольшая рандомизация интенсивности изображения и выглядела бы просто размытой, но ограниченное разрешение существующих наборов сделало это невидимым на практике. В наборах цветов сигнал будет извлекаться, декодироваться обратно в RGB и отображаться.

Хотя система RCA имела огромные преимущества, она не получила успешного развития, поскольку было трудно производить подходящие кинескопы. Черно-белые телевизоры использовали непрерывный сигнал, а трубку можно было покрыть ровным слоем люминофора. В системе RCA 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 того времени. В ранних экспериментах RCA использовались трехламповые проекторы или зеркальные системы, известные как « Тринископ ».

Теневые маски

RCA в конечном итоге решила проблему отображения цветных изображений с помощью теневой маски . Теневая маска состоит из тонкого листа алюминия с выгравированными на нем крошечными отверстиями, расположенного сразу за передней поверхностью кинескопа. Все три орудия, расположенные треугольником, были нацелены на дыры. Случайные электроны на краю луча отсекались маской, создавая резко сфокусированное пятно, достаточно маленькое, чтобы попасть на одноцветный люминофор на экране. Поскольку каждое из орудий целилось в отверстие под несколько разным углом, пятна люминофора на трубке можно было слегка раздвинуть, чтобы избежать перекрытия.

Недостаток этого подхода заключался в том, что при любой заданной мощности оружия теневая маска отфильтровывала большую часть сигнала. Чтобы гарантировать отсутствие перекрытия сигнала на экране, точки пришлось разделить и покрыть примерно 25% его поверхности. Это приводило к получению очень тусклых изображений, требующих гораздо большей мощности для получения полезного изображения. Более того, система сильно зависела от относительных углов лучей между тремя пушками, что требовало от пользователя постоянной регулировки, чтобы гарантировать, что пушки поражают правильные цвета. Несмотря на это, техническое превосходство системы RCA было подавляющим по сравнению с системой CBS, и в 1953 году она была выбрана в качестве нового стандарта NTSC . Первая трансляция с использованием нового стандарта произошла в первый день Нового года в 1954 году, когда NBC транслировала Турнир Парад роз .

Несмотря на столь ранний старт, всего через несколько лет после начала регулярного телевещания, освоение цветных телевизоров потребителями происходило очень медленно. Тусклые изображения, постоянные корректировки и высокие затраты удерживали их в собственной нише. Низкое признание потребителей привело к отсутствию цветового программирования, что еще больше снизило спрос на наборы с курицей или яйцом . В США в 1960 году на каждые 50 проданных комплектов продавался только один цветной набор.

Хроматрон

В 1951 году Эрнест Лоуренс , лауреат Нобелевской премии 1939 года и профессор Калифорнийского университета в Беркли, наиболее известный как отец циклотрона , запатентовал новое решение проблемы декодирования цвета. В этой системе, «Хроматрон» или просто «Трубка Лоуренса», вместо механического решения RCA использовалась электронная система фокусировки. Система состояла из ряда тонких металлических проволок или пластин, расположенных вокруг На 1 ⁄ дюйма позади люминофорного экрана. Проволоки использовались для электрической фокусировки лучей и направления их на правильные люминофоры, которые были расположены вертикальными полосами. Люминофор занимал более 50% площади экрана, тогда как современные теневые маски занимали около 25%. Это привело к получению гораздо более ярких изображений с использованием того же количества энергии.

Каждый фокусирующий элемент состоял из пары проводов и проводящего алюминиевого покрытия на обратной стороне люминофоров. Экран обычно был заряжен потенциалом от 3000 до 4500 В между проводами и алюминием, что приводило к образованию искривленного электрического поля между сеткой и экраном. Когда электронный луч из пушки попадал в область между сеткой и экраном, он ускорялся и фокусировался в крошечное пятно, обычно падающее на зеленый люминофор. Изменяя относительное напряжение между двумя проводами в каждой паре, луч будет изгибаться в ту или иную сторону, что позволит контролировать цвет. В отличие от теневой маски, весь сигнал в конечном итоге достигает экрана, что еще больше снижает требования к питанию.

Если сигнал цветности отсутствовал или намеренно игнорировался, система фокусировки отключалась и добавлялась ее мощность к пушке. В результате получился немного более сильный и несфокусированный луч, который попал на все три цветные полосы и создал черно-белое изображение. Пространства между полосами означали, что общее изображение будет примерно таким же ярким, как и обычное черно-белое изображение. Для создания черно-белого изображения для набора теневых масок требовалось питание всех трех пистолетов, а поскольку цветные пятна были небольшими, их мощность должна была быть очень высокой.

Еще одним преимуществом околоэкранной фокусировки было то, что электронный луч изгибался и попадал на люминофоры на лицевой панели трубки под прямым углом независимо от того, под каким углом луч находился за фокусером. Это позволило изготовить трубки с гораздо более высокими углами отклонения, чем у обычных трубок - 72 градуса вместо более типичных 45 градусов. Таким образом, хроматронные трубки имели гораздо меньшую глубину для любого заданного горизонтального размера.

У хроматрона также было несколько недостатков. Во-первых, существовало фундаментальное соотношение между ускорением, обеспечиваемым сеткой и электронной пушкой в ​​задней части трубки; Чтобы гарантировать, что сетка сможет успешно управлять лучом, ей должна была принадлежать значительная часть общей мощности. К сожалению, механическая схема сетки ограничивала ее напряжением около 5000 В или меньше, что, в свою очередь, ограничивало электронную пушку относительно низкими напряжениями около 8000 В. Таким образом, общая мощность в хроматроне была меньше, чем в обычных лампах, компенсируя ее естественную мощность. яркость в той или иной степени.

Более насущной проблемой была механическая схема сетки. конструкции оказалось то, что тонкие провода оставались на одной линии с цветными полосками на экране Ахиллесовой пятой .

Коммерческие разработки

создал Калифорнийский университет в Беркли «Лаборатории хроматического телевидения» для коммерческой разработки системы в партнерстве с Paramount Pictures , которая предоставила финансирование на разработку. В 1952 и 1953 годах они начали производить 22-дюймовые прототипы кинескопов PDF 22-4 с площадью дисплея 14 на 11 дюймов.

На практике оказалось, что конструкция имеет серьезные проблемы. Поскольку система фокусировки должна была быстро перемещать луч для получения правильных цветов, приходилось использовать очень высокие напряжения и мощности, что приводило к проблемам с искрением и радиочастотным (РЧ) шумом. К проводам пришлось подать около 50 Вт радиочастотной мощности, чтобы отклонить электронный луч и направить его на нужную цветную полосу. Последнее особенно раздражало при использовании в качестве основы телевизора, так как шум мешал работе радиоприемников, принимающих передачи. В конце концов университет отказался от интереса к Chromatron, но Paramount продолжила разработку системы для отображения пленки во время монтажа, а это означало, что радиочастотный шум не представлял проблемы. Разработка все еще продолжалась в начале 1960-х, когда их работу купила Sony.

Несмотря на эти проблемы, перспектива системы Chromatron была настолько велика, что ряд компаний продолжали разработку системы на протяжении 1950-х годов. Проблема излучения была решена за счет размещения проводов дальше от полос люминофора, что уменьшило емкость и значительно снизило требования к мощности возбуждения. Позже диаметры проволоки были уменьшены, чтобы обеспечить увеличенный шаг люминофора. Кроме того, выход трех видеоусилителей переключал информацию о цвете так, чтобы она попадала в каждую полосу RGB именно в нужный момент. Другими словами, это ключевая операция трех цветовых стадий. Позже этот подход принял на вооружение General Colornetron. Лампы-преемники Chromatron экспериментировали с люминофорами разных цветов, чтобы получить правильное сочетание яркости и стойкости. Наконец, снаружи колокола был установлен довольно большой медный ящик или клетка, чтобы уменьшить остаточное излучение от сетчатой ​​катушки. Никаких помех не наблюдалось, а полученные изображения были описаны как довольно приличные и видимые, без видимых полос и полос. Конструкция Chromatron также была лицензирована для множества других целей; Компания Litton Industries использовала хроматрон с двухцветным дисплеем (сине-красный) в качестве основы для системы идентификации «свой-чужой» .

Попытка Sony

К 1961 году Sony была крупным японским производителем черно-белых телевизоров, но вообще не имела технологии цветного телевидения. Дилеры Sony спрашивали, когда они смогут ожидать набор цветов, и отдел продаж начал оказывать давление на инженеров, чтобы они просто лицензировали дизайн теневой маски у другого производителя и начали производство. Масару Ибука отказался, очевидно, продемонстрировав сильное личное ощущение, что конструкция теневой маски в корне ошибочна.

В марте 1961 года Ибука, Акио Морита и Нобутоши Кихара посетили выставку IEEE в Нью-Йоркском Колизее . Это был первый визит Кихары в США, и он провел много времени, бродя по выставочному залу. В небольшом стенде Autometric он увидел выставленный хроматрон и поспешил найти Мориту и Ибуку, чтобы показать им. Когда Морита увидел выставку, он сразу же начал договариваться о встрече на следующее утро, чтобы посетить хроматические лаборатории на Манхэттене. К концу встречи на следующий день Морита получил лицензию на производство «хроматронной трубки и цветного телевизионного приемника с ее использованием».

Сони Хроматрон

В начале 1963 года Сэнри Мияока был отправлен в лабораторию Chromatic, чтобы организовать передачу технологии Sony, что привело бы к закрытию Chromatic. Лаборатории его не впечатлили, и он назвал подвал без окон «убожеством». Американская команда поспешила указать на недостатки конструкции «Хроматрона», заявив Мияоке, что конструкция безнадежна. К сентябрю 1964 года в Японии был построен 17-дюймовый прототип, но испытания серийного производства выявили серьезные проблемы.

Ибука оставался стойким сторонником этой технологии и продвигал строительство нового завода по их производству недалеко от станции Осаки в Токио . Это оказалось неразумно; на первых порах из каждых 1000 произведенных трубок можно было использовать только от 1 до 3. У остальных возникли проблемы с выравниванием: цвета переходили от одного к другому по экрану, и это невозможно было исправить после запечатывания тубы. Пригодные к употреблению лампы были быстро отправлены в демонстрационные залы Sony, несмотря на низкие объемы продаж, и Ибука сделал этот продукт главным приоритетом продаж Sony. Это тоже оказалось неразумным; низкая доходность означала, что себестоимость производства составляла около 400 000 иен, но Sony была вынуждена продавать их по 198 000 иен (500 долларов США), чтобы быть конкурентоспособными.

Производственные проблемы так и не были решены, что привело к усилению напряженности между Ибукой и Моритой. В ноябре 1966 года Кадзуо Ивама сказал Сусуму Ёсиде , что компания близка к краху и что команде необходимо повысить урожайность к концу года, иначе продукт придется отменить. Тем временем RCA добилась большого прогресса в совершенствовании своей технологии теневых масок, а новые игроки, такие как General Electric, от Porta-Color предложили другие преимущества. Sony явно отставала от остального рынка, следуя подходу Chromatron.

Наконец Ибука объявил, что лично возглавит поиск альтернативной системы. Его команда из 30 инженеров и физиков исследовала самые разные подходы в поисках уникальной системы Sony. Прочитав несколько отчетов, Ибука вызвал 29-летнего физика Мияоку в свой офис вместе с Ёсидой и спросил его, можно ли заставить его подход с одним пистолетом работать. Мияока пытался уйти с работы ради репетиции игры на виолончели и опрометчиво заявил, что это сработает. Результатом стала знаменитая система Trinitron , которая поступила в продажу в 1968 году и получила широкое признание.

Ограниченные продажи

До продажи первых телевизоров Trinitron в США было выпущено ограниченное количество 7-дюймовых хроматронов, которые с апреля 1968 года выставлялись на продажу в США под названием KV 7010U. Примерно через три месяца они были заменены лампой KV 7010UA Trinitron. [1]

В Sony KV 7010U CRT использовался недавно изобретенный пистолет Trinitron в сочетании с проволочной сеткой Chromatron PDA вместо теневой маски или апертурной решетки.

Описание

Основной концепцией, определявшей хроматрон, была околоэкранная система фокусировки, которая обеспечивала разрешение луча, необходимое для точного попадания на отдельные цветные полосы люминофора. Сетка не только фокусировала сигнал, но и направляла его к правильным цветам.

Люминофоры были нанесены шелкографией на заднюю часть трубки полосками шириной 2 мила с промежутками шириной 2 мила между ними, а затем покрыты алюминием, чтобы сделать экран проводящим. Поскольку сетку приходилось заряжать до относительно высоких напряжений, алюминиевое покрытие было довольно толстым, что в некоторой степени затемняло изображение.

Люминофоры имели рисунок RGB-BGR-RGB. Фокусирующая сетка была выровнена таким образом, чтобы луч обычно фокусировался на зеленых полосках в середине каждой пары проводов. Чтобы получить разные цвета, скажем, синий, луч придется потянуть вправо на один пиксель, а затем влево на следующий. Поскольку соседние полосы люминофора делили один из проводов, это означало, что при одной настройке напряжения синий цвет будет воспроизводиться на двух соседних пикселях. Поскольку отдельный кадр цветного телевидения не состоит из одного цвета, систему отклонения приходилось постоянно менять по мере движения луча по экрану.

См. также

• Трубка Гира , еще одна ранняя ЭЛТ цветного телевидения, которая больше не используется.
• Теневая маска
• Апертурная решетка

Примечания

[1]

Ссылки

Библиография

• Джон Натан, «Sony: Частная жизнь», Houghton Mifflin Harcourt, 2001 г., ISBN   0-618-12694-5
• Сергей Шевчук, «Краткий обзор совещания по результатам исследований от 27 сентября 1951 г.» , UCRL-1563 , Радиационная лаборатория Калифорнийского университета, 14 ноября 1951 г., стр. 2–4.
• Милтон Кауфман и Гарри Томас, «Введение в цветное телевидение», Тейлор и Фрэнсис.
• Эдвард В. Герольд, «История и развитие цветного кинескопа», Труды Общества отображения информации , том 15, выпуск 4 (август 1974 г.), стр. 141–149.

Патенты

• Патент США 2692532 «Устройство для фокусировки катодных лучей», Эрнст О. Лоуренс,
  Калифорнийский университет / Лаборатории хроматического телевидения (оригинальный патент Chromatron)
• Патент США 2 866 094 «Схема преобразования симметричного сигнала в асимметричный», Hoffman Electronics.
• Патент США 3,368,105 «Система питания высокого напряжения для электронно-лучевых трубок, использующая средства защитной задержки времени», Sony

Дальнейшее чтение

• «Это цветное телевидение: посмотрите на запись, чтобы увидеть, что впереди», TV Guide , 26 июня — 2 июля 1953 г., стр. 5–7.
• Марк Хейер и Эл Пински, «Интервью с Гарольдом Б. Лоу» , Исторический центр IEEE, 15 июля 1975 г.

• Сони хроматрон КВ 7010У

• «Модель PDF-22-4» , брошюра Chromatic Labs
• «Экспериментальный тип Лоуренса CH-22» , брошюра Thomas Electronics (также есть 15GP22)
• «Модель PDF-10-1X» , брошюра Litton Industries.