Пенетрон

Пенетрон с ограниченной цветопередачей , , сокращение от проникающей трубки , представляет собой тип телевизора используемый в некоторых военных целях. В отличие от обычного цветного телевизора , пенетрон выдает ограниченный цветовой охват , обычно два цвета и их сочетание. Пенетроны и другие электронно-лучевые трубки были заменены ЖК-дисплеями (ЭЛТ), предназначенные только для военных целей, в современных конструкциях .

История

Базовое телевидение

В обычном черно-белом телевизоре (ч/б) используется трубка, которой равномерно покрыта люминофором внутренняя поверхность . При возбуждении высокоскоростными электронами люминофор излучает свет, обычно белый, но в определенных обстоятельствах используются и другие цвета. Электронная пушка в задней части трубки создает луч высокоскоростных электронов, а набор электромагнитов, расположенных рядом с пушкой, позволяет лучу перемещаться по дисплею. Телевизионный сигнал передается в виде серии полос, каждая из которых отображается на дисплее отдельной строкой. Сила сигнала увеличивает или уменьшает ток в луче, создавая яркие или темные точки на дисплее, когда луч проходит через трубку.

В цветном дисплее однородное покрытие белого люминофора заменяется точками или линиями трех цветных люминофоров, излучающих при возбуждении красный, зеленый или синий свет (RGB). Эти основные цвета смешиваются в человеческом глазу, образуя один видимый цвет. Это представляет проблему для обычных электронных пушек, которые невозможно сфокусировать или расположить достаточно точно, чтобы поразить эти гораздо меньшие отдельные узоры. В конце 1940-х годов ряд компаний работали над различными решениями этой проблемы, используя три отдельные трубки или одну лампу белого цвета с расположенными перед ней цветными фильтрами. Ни одно из этих решений не оказалось практичным, и эта область представляла значительный интерес для развития.

Пенетрон

Пенетрон был первоначально разработан Коллером и Уильямсом во время работы в General Electric (GE). ^[1] Первоначально он был разработан как новый способ создания цветного телевизора с одной камерой, сохраняющего простоту обычного черно-белого телевизора. Как и в черно-белой трубке, в нем использовалось равномерное покрытие люминофора на дисплее с единственной электронной пушкой сзади. Однако люминофорное покрытие наносится в три слоя разного цвета: красный на внутренней стороне, ближайшей к пистолету, затем зеленый и синий на внешней стороне, ближайшей к передней поверхности трубки. Цвета были выбраны путем увеличения мощности электронного луча, что позволяло электронам проходить через любые нижние слои, чтобы достичь нужного цвета.

В обычном наборе напряжение используется для управления яркостью изображения, а не его цветом, чего и должен был добиться новый дизайн. В пенетроне для выбора цвета также используется напряжение. Чтобы удовлетворить эти конкурирующие потребности, выбор цвета обеспечивался внешним механизмом. Пистолет модулировался напряжением, как и в черно-белом наборе, при этом увеличение мощности давало более яркое пятно на экране. Набор тонких проводов, размещенных за экраном, обеспечивал дополнительную энергию, необходимую для выбора определенного цветового слоя. Поскольку люминофоры были относительно непрозрачными, система требовала очень высоких ускоряющих напряжений - от 25 до 40 кВ. Была представлена улучшенная версия, в которой использовались прозрачные слои люминофора и тонкие изолирующие слои между ними, снижающие требуемые напряжения. ^[2] Диэлектрик гарантировал, что блуждающие электроны, возникающие либо при выключении напряжения из пушек, либо при вторичном излучении самих люминофоров, останавливались до того, как они достигли экрана.

Пенетрон идеально подходил для использования с ранней системой вещания CBS, которая отправляла информацию о цвете в виде трех отдельных последовательных кадров. В экспериментальных телевизорах CBS использовался механический фильтр с тремя цветными секциями, которые вращались перед черно-белой трубкой. Тот же синхронизирующий сигнал использовался в пенетроне для изменения напряжения сетки выбора цвета в ту же сторону. Низкая скорость переключения, 144 раза в секунду, означала, что изменение высокого напряжения не было основным источником высокочастотного шума. В отличие от механической системы CBS, пенетрон не имел движущихся частей, мог быть изготовлен любого размера (что было сложно сделать с диском) и не имел проблем с мерцанием. Это представляло собой крупный прогресс в технологии отображения.

NTSC

Вскоре после внедрения системы CBS RCA представила новую систему, которая в конечном итоге победила. В отличие от системы последовательного поля CBS, RCA напрямую кодировал цвет для каждой точки на экране, система, известная как «последовательная точка». Преимущество системы RCA заключалось в том, что основной компонент сигнала был очень похож на черно-белый сигнал, используемый в существующих телевизорах, а это означало, что миллионы черно-белых телевизоров могли принимать новый сигнал, в то время как новые цветные телевизоры могли видеть его в любом Черно-белый или цветной, если был предоставлен дополнительный сигнал. Это было огромным преимуществом перед системой CBS, и в 1953 году модифицированная версия была выбрана NTSC в качестве нового цветового стандарта.

Основным недостатком была сложность правильной фокусировки луча на правильный цвет - проблема, которую RCA решила с помощью своей теневых масок системы . Теневая маска представляет собой тонкую металлическую фольгу с фототравлением в ней небольших отверстий, расположенных так, чтобы отверстия находились прямо над тройкой цветных люминофорных точек. Три отдельные электронные пушки индивидуально фокусируются на маске, сканируя экран как обычно. Когда лучи проходят над одним из отверстий, они проходят сквозь него, а поскольку пушки разделены небольшим расстоянием друг от друга в задней части трубы, каждый луч проходит через отверстие под небольшим углом. Люминофорные точки расположены на экране таким образом, что лучи попадают только на нужный люминофор. Чтобы отверстия совпадали с точками, маска используется для создания точек с использованием светочувствительного материала.

Новая система вещания представляла для пенетрона серьезную проблему. Сигнал требовал, чтобы цвет выбирался на высоких скоростях «на лету», когда луч проходил по экрану. Это означало, что сетку выбора цвета высокого напряжения приходилось быстро переключать, что создавало множество проблем, в частности, высокочастотный шум, который заполнял внутреннюю часть трубки и мешал электронике приемника. Для решения этой проблемы была введена еще одна модификация с использованием трех отдельных пистолетов, на каждый из которых подается разное базовое напряжение, настроенное на воздействие на один из слоев. В этой версии переключение не требовалось, что устраняло высокочастотный шум.

Создание такой системы на практике оказалось трудным, и для домашнего телевидения компания GE вместо этого представила свою систему « Porta-Color », значительно усовершенствованную систему теневых масок RCA. Другие разработчики продолжили работу над базовой системой, пытаясь найти способы решения проблем высокочастотного переключения, но ни одна из них не поступила в коммерческое производство.

Использование в авионике

Однако для других применений преимущества пенетрона остались. Хотя он не очень хорошо подходил для метода цветного вещания с последовательностью точек, это было важно только в том случае, если принимались эфирные передачи. Пенетрон оставался полезным для применений, где сигнал мог быть предоставлен в любом необходимом формате, например, в компьютерных дисплеях. Когда полная цветовая гамма стала не нужна, сложность пенетрона еще больше уменьшилась и он стал очень привлекательным. Это позволило использовать его для специальных приложений, таких как военная авионика, где природа входного сигнала не имела значения, и разработчик мог использовать любой стиль сигнализации по своему усмотрению. ^[3]

В роли авионики пенетрон имел и другие преимущества. Использование слоев люминофора вместо полос означало, что он имел более высокое разрешение, в три раза превышающее разрешение системы RCA. Это было очень полезно для радиолокационных дисплеев и систем IFF , где на изображения часто накладывались текстовые подсказки, для легкого чтения которых требовалось высокое разрешение. Кроме того, поскольку весь сигнал достигал экрана в пенетроне, а не 15% в трубке с теневой маской, при любой заданной мощности пенетрон был намного ярче. Это было большим преимуществом в сфере авионики, где бюджет мощности часто был весьма ограничен, но дисплеи часто подвергались воздействию прямых солнечных лучей и должны были быть очень яркими. Отсутствие теневой маски также означало, что пенетрон был гораздо более прочным механически и не страдал от изменения цвета при перегрузках . ^[3]

Пенетроны использовались с конца 1960-х до середины 1980-х годов, в основном для радаров или систем IFF, где обычно использовались двухцветные дисплеи (зеленый/красный/желтый). Усовершенствования обычных теневых масок в этот период устранили большинство их преимуществ. Улучшенная фокусировка позволила увеличить размер отверстий в теневой маске пропорционально непрозрачной области, что улучшило яркость дисплея. Яркость была улучшена за счет использования новых люминофоров. Проблемы с выпуклостью были решены за счет использования инваровых теневых масок, которые были механически прочными и крепились к трубке с помощью прочного металлического каркаса. ^[4]

Другое использование

Дисплеи Penetron также предлагались в качестве опции для некоторых графических терминалов , где не требовалось высокоскоростное переключение цветов и ограниченная гамма пенетрона не вызывала беспокойства. IDI предлагала такие дисплеи в качестве опции за 8000 долларов для своих терминалов серий IDIgraph и IDIIOM. ^[5]

Tektronix, крупный производитель осциллографов, предлагал ограниченную цветовую гамму в некоторых своих ЭЛТ-осциллографах, используя технологию типа Пенетрон.

Описание

В большинстве версий пенетрона трубка имеет внутренний слой красного и внешний слой зеленого цвета, разделенные тонким диэлектрическим слоем. Полное изображение создается путем двукратного сканирования: один раз с установкой пистолета на более низкое увеличение и остановкой в красном слое, а затем еще раз с более высоким увеличением, которое проходит через красный слой в зеленый. Желтый цвет можно получить, попав в одно и то же место в обоих проходах.

В дисплее, где цвета либо включены, либо выключены и не требуется создавать различные уровни яркости, систему можно еще больше упростить, удалив сетку выбора цвета и модулируя напряжение самой электронной пушки. Однако это также вызывает проблемы, поскольку электроны будут достигать экрана быстрее при ускорении более высоким напряжением, а это означает, что необходимо также увеличить мощность системы отклонения, чтобы гарантировать, что сканирование создает одинаковый размер экрана и ширину линий на обоих проходах.

Для решения этой проблемы было опробовано несколько альтернативных схем пенетрона. В одной из распространенных попыток вместо селекционной сетки использовался электронный умножитель на торце трубки. В этой системе использовался низкоэнергетический сканирующий луч и были установлены магниты, заставляющие электроны ударяться о стороны умножителей. Затем поток электронов более высоких энергий высвободится и достигнет слоистых люминофоров обычного пенетрона. Позже было замечено, что лучи, исходящие от умножителей, попадали в кольца, что позволило по-новому расположить люминофоры в концентрических кольцах, а не слоями. ^[6]

Основное преимущество пенетрона состоит в том, что в нем отсутствует механическая система фокусировки, как в телевизорах с теневой маской, а это означает, что вся энергия луча достигает экрана. При любой заданной мощности пенетрон будет намного ярче, обычно на 85% ярче. Это главное преимущество в условиях самолета, где электропитание ограничено, но дисплеи должны быть достаточно яркими, чтобы их можно было легко читать даже при прямом освещении солнечным светом. Система гарантированно воспроизводит правильные цвета, несмотря на внешние помехи и перегрузки при маневрировании – очень важное качество в авиации. Пенетрон также обеспечивал более высокое разрешение, поскольку люминофор был непрерывным, в отличие от небольших пятен в системе теневых масок. Кроме того, отсутствие теневой маски делает пенетрон гораздо более прочным механически.

Синклер экспериментировал с вариантом этой технологии на экранах своих первых карманных телевизоров, но не смог создать версию RGB. Примеры таких трубок существуют в виде прототипов.

Ссылки

Цитаты

^ 2,590,018
^ 2,958,002
^ Jump up to: ^а ^б Кабина экипажа , стр. 165-166.
^ История жизни , стр. 87
^ Мачовер, Карл (1972). «Компьютерные графические терминалы - взгляд назад». Весенняя совместная компьютерная конференция : 443–444.
^ 4,612,483

Библиография

Д.Н. Джарретт, «Разработка кабины», Ashgate Publishing, 2005 г. ISBN 0-7546-1751-3
Дэвид Мортон, Электроника: история жизни технологии , стр. 87, в Google Книгах , издательство Университета Джонса Хопкинса, 2007 г., ISBN 0-8018-8773-9
Г. Паниграхи: СИСТЕМА ЦВЕТОВОГО ОТОБРАЖЕНИЯ PENETRON LAND , факультет компьютерных наук, Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн, Иллинойс, США (октябрь 1973 г., pdf, 12 МБ)
Thomson-CSF , кинескопов изображения и дисплея, 1977 г., часть 2 (pdf, 193 МБ): Техническое описание

OME1199E2 — стр. 216 и далее
OME1269E21 – стр. 220 и далее
TH8102E20 — стр. 159 и далее
TH8104E21 — стр. 165 и далее

Патенты

Патент США № 2 590 018 «Производство цветных изображений», Луи Коллер и Фред Уильямс / General Electric, подан 24 октября 1950 г., выдан 18 марта 1952 г.
Патент США № 2 958 002 «Производство цветных изображений», Доминик Кусано и Фрэнк Студер / General Electric, подан 29 октября 1954 г., выдан 25 октября 1960 г.
Патент США № 2827593 «Цветной информационный экран высокой чистоты», Луи Коллер / General Electric, подан 29 апреля 1955 г., выдан 18 марта 1958 г.
Патент США № 2 992 349 «Полевая люминесцентная система», Доминик Кусано / General Electric, подан 24 октября 1957 г., выдан 11 июля 1961 г.
Патент США № 4612483 , «Цветная индикаторная трубка Пенетрон с электронным умножителем с канальной пластиной», Дерек Вашингтон / Philips Electronics, подан 22 сентября 1983 г., выдан 16 сентября 1986 г.

См. также

[1] 2,590,018

[2] 2,958,002

[c-3] Jump up to: ^а ^б Кабина экипажа , стр. 165-166.

[4] История жизни , стр. 87

[5] Мачовер, Карл (1972). «Компьютерные графические терминалы - взгляд назад». Весенняя совместная компьютерная конференция : 443–444.

[6] 4,612,483

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]