Индексная трубка - Beam-index tube

В лучевая трубка это цветной телевизор электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с использованием полосок люминофора и синхронизации с активной обратной связью, а не точек люминофора и светозащитная маска как разработано RCA. Индексирование луча предлагало гораздо более яркие изображения, чем ЭЛТ с теневой маской, снижая энергопотребление, и, поскольку они использовали один электронная пушка вместо трех их было легче построить и удерживать в одном ряду.

Philco руководил разработкой концепции индексации луча в серии разработок, которые они назвали Яблочная трубка. Несмотря на длительную разработку, они так и не смогли изготовить индексирующую трубку по конкурентоспособной цене и в конечном итоге отказались от этой концепции. Основная проблема заключалась в стоимости индексирующей электроники, которая в более поздних моделях требовала дорогих фотоумножитель.

Новые детекторы и транзистор -основная электроника привела к тому, что система была повторно представлена ​​как Uniray в 1970-е гг. Он был очень конкурентоспособным в ценовом отношении, но конкурировал с значительно улучшенными конструкциями теневых масок и новыми Тринитрон. Несколько японских компаний использовали Uniray для различных специальных целей, наиболее известной из которых является Sony. Индекстрон серии. Система также использовалась в военных целях из-за ее низкой чувствительности к магнитным помехам, и при таком использовании в Великобритании она была известна как Зебра трубка.

История

Ранние цветные ЭЛТ

В обычных черно-белых (B&W) телевизорах ЭЛТ-экран имеет равномерное покрытие люминофор который излучает белый свет при ударе электроны. Луч из электронная пушка в задней части трубки отклоняется (чаще всего) переменными полями от магнитных катушек, поэтому он может быть направлен в любую точку экрана. Электронные схемы, известные как генераторы временной развертки протяните луч через трубку и вниз, создав шаблон сканирования, используемый в телевизионных сигналах. An амплитудно-модулированный Сигнал используется для управления ускорением луча, регулируя яркость, когда он проходит по экрану.

Цветные телевизоры основаны на использовании люминофоров трех аддитивный первичный цвета (красный, зеленый и синий, RGB). Чтобы произвести разумные разрешающая способность Как и в случае с черно-белым набором, люминофоры должны наноситься в виде очень маленьких точек или полос. Электронная пушка в задней части трубки не может быть сфокусирована достаточно сильно, чтобы поразить только один цвет люминофора, если этот люминофор настолько мал, насколько желательно. Для перефокусировки луча необходимо использовать некоторую вторичную систему.

RCA в конечном итоге решила эту проблему с помощью теневая маска. В этой системе три отдельных электронных пушки нацелены с разных направлений на точку сразу за экраном. Там металлическая пластина с очень маленькими отверстиями используется для перефокусировки луча. Поскольку лучи попадают на пластину под разными углами, они снова разделяются на дальней стороне пластины, попадая на отдельные точки цветного люминофора. Обратной стороной этого подхода является то, что пластина также отсекает большую часть луча, до 85%, что приводит к низкой яркости изображения. Много усилий было вложено в разработку альтернативных способов направления электронных лучей на правильный люминофор, который не блокировал бы так много лучей.

Был предпринят ряд решений, в которых использовалась одна электронная пушка и какое-то электрическое или магнитное поле очень близко к экрану, чтобы обеспечить тот же результат, что и теневая маска. RCA работала над системой с заряженными проводами, которые слегка притягивали лучи к себе, с полосами цветного люминофора над ними. Проблема заключалась в том, что провода приходилось размещать очень близко друг к другу, чтобы обеспечить требуемое разрешение, а также получать питание от высокого напряжения, чтобы обеспечить достаточный прогиб, что очень затрудняло предотвращение утечки сигналов с провода на провод. Разработка была прекращена, когда теневая маска оказалась успешной.

Эрнест Лоуренс разработал аналогичную систему, известную как Хроматрон в котором использовалась сетка из тонких проводов за экраном для электрического отклонения луча, но он страдает той же основной проблемой, что и подход RCA. Несмотря на годы разработки, никому не удалось создать коммерчески жизнеспособную версию. Попытка Sony создать практичный Chromatron вдохновила на разработку их Тринитрон система.

Яблочная трубка

Системы с одной пушкой, такие как Chromatron, создают цвет, изменяя интенсивность луча для регулировки яркости каждого цветового компонента, а затем используя вторую систему, чтобы гарантировать, что мгновенный сигнал попадет на правильный люминофор. В трубке с индексом луча используется альтернативное решение, которое позволяет лучу сканировать нормально, как в черно-белом телевизоре без вторичной системы фокусировки, и вместо этого быстро изменяет интенсивность луча, когда он знает, что он превышает правильный цвет. Для этого трубке требуется способ точно рассчитать время прохождения луча по трубке с достаточной точностью, чтобы обеспечить правильный цвет.

Подход Philco к проблеме правильной индексации луча по отношению к люминофорам основывался на процессе вторичная эмиссия, где высокоскоростные электроны увлекают электроны из окружающего материала, создавая импульс дополнительного тока. В отличие от теневой маски, в которой используются маленькие точки люминофора, в яблочной трубке использовались вертикальные цветные полосы, расположенные поперек трубки. Самая основная концепция индексации использует четвертую полосу люминофора между соседними полосами RGB, которая испускает свет, который не виден глазом, но может быть виден электроникой в ​​телевизоре.[1]

Несколько различных компоновок компонентов, материалов и электроники были использованы при исследовании этого подхода в течение десятилетнего периода разработки, большую часть которого он держался в секрете. Наиболее распространенная система, впервые публично продемонстрированная в 1956 году, использовала полосы оксид магния нанесен на заднюю часть алюминия в качестве системы индексации. Чтобы электроника имела достаточно времени, чтобы отреагировать на сигнал индексации и отрегулировать цвет, из пистолета генерировался отдельный «пилотный луч», который направлял основной «пишущий луч» на небольшое расстояние внутри трубки. Когда индексирующий луч попадал на оксид магния, испускался ливень электронов, которые собирались проводящим покрытием из углерод нанесен на внутреннюю часть трубки. Пилотный луч малой мощности имел достаточную мощность, чтобы тускло осветить трубку до едва видимой даже фоновой интенсивности.[1]

Поскольку и пилотный, и пишущий лучи попадают на индексные полосы, при прохождении лучей по трубке будут генерироваться два сигнала. Чтобы различать их, пилотный луч был модулирован изменяющимся сигналом, синхронизированным так, чтобы он имел максимальную мощность только тогда, когда он находился бы в приблизительном местоположении индексных полос. Частота модулирующего сигнала зависела от геометрии трубки; на 21-дюймовой трубке индексные полосы были расположены на расстоянии 0,51 дюйма друг от друга, одна развертка по горизонтали занимает около 53 микросекунд, поэтому сигнал должен был быть модулирован на частоте 7,4 МГц.[2]

Затем исходный модулирующий сигнал сравнивался с усиленным обратным сигналом от процесса вторичного излучения, давая чистый выходной сигнал, который изменялся по фазе за счет разницы в положении между расчетным и реальным положением луча. Этот фазовый сигнал затем отправлялся в обычный цветовой декодер, на лету настраивая цветность. Пишущий луч, расположенный так, чтобы перемещать промежутки между индексами, пока пилотный луч находился на них, принимал сигнал цветности, так что его мощность модулировалась для получения правильного количества цвета, когда он находился поверх этих полос. К тому времени, когда он достигнет индексной полосы, модулирующий сигнал пилот-сигнала будет минимальным, и сильный сигнал, излучаемый записывающим лучом, будет просто игнорироваться.[2]

Чтобы обеспечить максимально постоянное расположение пилотного и пишущего лучей, в трубке Apple была использована уникальная компоновка электронной пушки. Лучи были получены от одного анода и двух близко расположенных катодов, в результате чего лучи двигались в немного разных направлениях. Затем они были магнитно сфокусированы, так что они пересеклись в точке прямо перед электронными пушками, где была использована однощелевая диафрагма, чтобы очистить сигнал и создать эллиптическую диаграмму направленности с острыми краями. Катушки отклонения были расположены вокруг отверстия, поэтому, когда оба луча проходили мимо катушек отклонения при наложении друг на друга, отклонение обоих было одинаковым. Затем лучи снова распространились на дальней стороне апертуры, где второе фокусирующее устройство гарантировало, что оба движутся параллельно друг другу.[2]

Электроны, испускаемые индексными полосками, были маломощными и, таким образом, двигались с низкой скоростью к точке захвата на «кнопке» на задней части трубки. Поскольку время прохождения было важным фактором, время сравнения фаз пришлось отрегулировать, поскольку луч проходил через поверхность трубки - по бокам трубки электроны были близко к датчику трубки, но когда лучи были в до середины трубы им нужно было пройти большее расстояние. Чтобы учесть это, потребовались дополнительные схемы синхронизации.[1]

На самом деле сборка электроники Apple tube оказалась сложной задачей. Быстрый отклик, необходимый для настройки цветового сигнала на основе индекса, было трудно реализовать с использованием ламповой электроники той эпохи, и поэтому шасси электроники яблочной лампочки было намного дороже, чем обычные наборы теневых масок. В их демонстрационном блоке было на восемь ламп больше, чем в аналогичной системе теневой маски, что в то время представляло собой значительную стоимость.[2] Кроме того, вторичное излучение не давало резкого сигнала, и перекрестные помехи между пилотным и пишущим лучами всегда были проблемой.

Продвинутый Apple

Другое решение проблемы индексации было предложено Дэвидом Гудманом из Нью-Йоркский университет. Он заменил эмиттер электронов конструкции Philco новым материалом, испускающим рентгеновские лучи. Они были получены сцинтилляторы в задней части трубки, рядом с пистолетами.[3] Поскольку скорость света не зависела от мощности и по существу была мгновенной по сравнению со временем, необходимым для индексации, новая конструкция позволила устранить сложную схему синхронизации исходной конструкции.

Учитывая все проблемы, с которыми сталкивалась трубка для яблока, инженеры Philco приняли эту конструкцию как «усовершенствованную трубку для яблока». В их версии использовался новый материал, ультрафиолетовый свет вместо рентгеновских лучей и заменил сцинтилляторы на один фотоумножитель. Вспышки света, испускаемые индексными полосами, усиливались фотоумножителем и затем отправлялись в декодер цвета как обычно.[4] Задержки в самой схеме синхронизации были устранены путем небольшой регулировки положения индикаторных полосок на лампе. Это устранило большую часть схем, связанных с синхронизацией индекса, и привело к более дешевому шасси.[нужна цитата ]

Однако компания также представила фотоумножитель, сложную собственную трубку, которая в то время все еще находилась в зачаточном состоянии и была относительно дорогой. После некоторых разработок компания смогла надежно производить усовершенствованные системы для яблок, но стоимость производства была слишком высокой - около 75 долларов за тубу (122 доллара сегодня), а инструменты на уровне 15 миллионов долларов (125 миллионов долларов сегодня) сделали систему непривлекательной.[5]

Развитие системы также подхватили Сильвания и Thorn Electrical Industries в Великобритании, которые опубликовали подробности о том, что они назвали «трубкой зебры» в 1961 году.[6] По всей видимости, они добились успеха в своей работе, но, поскольку в то время в Британии не было продвинуто ни одного стандарта цветного телевидения, коммерческие версии этой разработки также не поступали.[7][8]

Uniray

После того, как Philco отказался от системы Apple, права были приобретены одним из инженеров Дэвидом Санстейном. Спустя много лет он вновь представил передовой дизайн яблока как Uniray. Внедрение недорогих фотодиоды кардинально изменила сложность и стоимость уравнений усовершенствованной системы индексирования Apple, а также внедрение универсальных систем синхронизации, реализованных как интегральные схемы сделал то же самое со стороны шасси системы. То, что когда-то было полезным, но непрактичным устройством, стало рентабельным к началу 1970-х годов.[9]

Sunstein произвел прототип системы Uniray, используя оригинальную лампу Philco и новую электронику, и начал покупать концепцию примерно в 1972 году. Были предприняты некоторые попытки лицензировать систему японским компаниям, большинство из которых лицензировали теневую маску от RCA и столкнулись с трудностями. конкуренция от Sony недавно представленный Тринитрон система.[9] Несколько компаний начали разработку телевизоров на базе Uniray в конце 1970-х годов, а в 1980-х было представлено несколько различных продуктов.

Поскольку индексирование луча регулирует положение луча, когда луч сканируется по трубке, внешние магнитные поля мало влияют на изображение. Это сделало систему особенно полезной для дисплеев авионики, где системы подвергались сильным помехам от окружающего оборудования.[10] Rockwell International получил патент в 1978 г. на это использование.[11] Ферранти в Великобритании также предложили трубку с индексом луча 4 на 3 дюйма в качестве картографического дисплея в Панавиа Торнадо средний возраст.[12]

Hitachi приступили к разработке передовой системы Apple для использования на телевидении,[13] но вместо этого использовал его для гораздо более ограниченных приложений. Единственное широко распространенное использование было в цветных видоискателях карманных компьютеров. видеомагнитофоны, впервые представленный в 1983 году в форме 1½ дюйма.[14] Устранение помех от вращающейся поблизости магнитной записывающей головки сделало цветной видоискатель практичным. Одно орудие и более яркие изображения для любого заданного уровня мощности орудия также означали, что индексированный дисплей был намного более энергоэффективным, чем обычные системы, что позволяло использовать его в приложениях с батарейным питанием.

Sony также доработала концепцию Uniray,[15] представляем линейку продукции под торговой маркой «Индекстрон». Их первым продуктом была проекционная телевизионная система FP-62 «Vidimagic». Трубка Indextron была настолько яркой, что могла напрямую проецировать увеличенное изображение в телевизор с фронтальной проекцией без необходимости использования трех отдельных трубок, что устраняет проблемы сходимости. Вторая версия со встроенным Бетамакс Видеомагнитофон продавался как PF-60.[16] Более известным приложением был KVX-370, 4-дюймовый «прикроватный» телевизор со встроенным будильником и радио.[17]

Sanyo использовала яркие изображения[как? ] чтобы сделать трубку нового типа, они назвали «леденец».[14] В нем использовалась электронная пушка, расположенная под прямым углом к ​​дисплею, простирающаяся вниз, а не назад. Магнитной фокусировки в такой геометрии было бы трудно добиться, поэтому система естественно подходила для концепции Uniray.[Почему? ] В результате получился 3-дюймовый дисплей глубиной всего 1,5 дюйма, хотя он был несколько дюймов в длину. Они продемонстрировали систему на небольшом телевизоре, похожем на Sony Indextron.

Описание

Трубка с оптическим индексом отображала изображения, подсвечивая вертикальные полосы цветного люминофора, расположенные в виде красно-зелено-синего узора. Один электронная пушка был использован для окрашивания полос, а сила луча модулируется для получения разных цветов.

За каждым шаблоном RGB следовала одна полоса УФ-люминофора на внутренней стороне трубки, где свет не был виден наблюдателю. Свет, излучаемый этой полосой, улавливался фотоумножитель трубки или фотодиода на внешней стороне трубки, который был расположен над прозрачным окном на поверхности трубки. Сигнал от фотоумножителя усиливался и отправлялся в схему цветового декодера.

Декодер цвета электрически вычитал сигнал фотоумножителя из существующего сигнала цветовой синхронизации. Это приводило к разности фаз, которая увеличивала или замедляла модуляцию одиночного луча. Таким образом, даже если луч продвигается слишком быстро или слишком медленно, индексная система будет регулировать синхронизацию на лету, чтобы гарантировать получение правильных цветов. Чтобы получить сигнал, достаточно сильный для индексации, луч должен был быть постоянно включен, что уменьшало контрастность по сравнению с обычными трубками, так как некоторое количество света все же должно было испускаться для электронного луча, чтобы его можно было отслеживать. фотодиоды.

Трубка с индексом луча имеет некоторое сходство с двумя другими типами телевизионных трубок, в которых также использовались вертикальные полосы цветного люминофора вместо точек или сеток. В Хроматрон использовал два набора тонких проводов, подвешенных за областью дисплея, чтобы электрически сфокусировать свой единственный луч, один набор проводов тянул луч к красной стороне, а другой - к синей. Сетки были выровнены таким образом, чтобы луч обычно фокусировался на зеленой полосе в середине, но, изменяя относительное напряжение между ними, луч мог точно попадать на цветные полосы. На практике провода было трудно выровнять с люминофором, и они испускали электрические помехи, которые мешали работе радиоприемников в телевизионном приложении. Он нашел применение в военных условиях, в том числе в коммерческих целях на телевидении в Yaou, Sony 19C 70 и Sony KV 7010U.

Другой похожий дизайн - это Тринитрон, который сочетал в себе вертикальные полосы лучевых трубок и трубок Chromatron с новым однопушечным трехлучевым катодом и апертурная решетка вместо теневой маски. Результатом стал дизайн с механической простотой конструкции теневой маски и яркими изображениями системы индекса луча. Trinitron был основным продуктом Sony в течение нескольких десятилетий, представляя собой вершину традиционных цветных телевизионных дисплеев.[нужна цитата ] до повсеместного внедрения плазменные дисплеи и ЖК-дисплей телевизоры в 21 веке.

Рекомендации

Примечания

  1. ^ а б c Clapp_et_all 1956.
  2. ^ а б c d Комо 1955, п. 6.
  3. ^ К. П. Гилмор, Цветной телевизор: наконец-то стоит денег? ", Популярная наука, Август 1963 г., стр. 178
  4. ^ 2,910,615
  5. ^ Стоимость 1958 г..
  6. ^ Фотоэлектрик 1961 г..
  7. ^ Зебра 1962.
  8. ^ «Цвет зебры». Новый ученый. 28 сентября 1961 г. с. 797.
  9. ^ а б Бенри 1972.
  10. ^ Дорф 1997.
  11. ^ 4,159,484'
  12. ^ "Ферранти летит лучом-указателем". Международный рейс. 18 июня 1988 г. с. 31.
  13. ^ 4,333,105
  14. ^ а б Лахенбрух, Дэвид (июль 1985 г.). "супер-телевизоры". Популярная наука. Яблоки и леденцы », врезка. Стр. 66.
  15. ^ 4,232,332
  16. ^ "PM Electronics Monitor", Январь 1985 г., стр. 16
  17. ^ «Крошечный телевизор», Популярная наука, Ноябрь 1988 г., стр. 63

Библиография

  • Клапп и все, Ричард (сентябрь 1956 г.). «Новая система цветного телевидения с индексированием луча». Труды IRE. 44 (9): 1108–1114. Дои:10.1109 / JRPROC.1956.275162. S2CID  51664466.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Барнетт и все, Г.Ф. (Сентябрь 1956 г.). "Тубус цветного изображения с индексированием луча - трубка Apple". Труды IRE. 44 (9): 1115–1119. Дои:10.1109 / JRPROC.1956.275163. S2CID  51673697.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Комо, К. (1955). Ресивер Apple (Технический отчет). Внутренний документ Philco O / 458.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Санштейн, Д. (1971). «Uniray - Его преимущества как цветной телевизор». Международная конференция "Электронные устройства" 1971 г.. 17: 112. Дои:10.1109 / IEDM.1971.188427.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Герольд, Эдвард (август 1974 г.). «История и развитие цветного кинескопа». Труды Общества отображения информации. 15 (4): 141–149.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Колгейт, Х. Р. (январь 1957 г.). "Как работает яблочная трубка". Радиоэлектроника. С. 40–41. Архивировано из оригинал на 2009-05-26.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • "Новая цветная трубка для одного пистолета". Новости радио и телевидения. Июль – декабрь 1956. С. 62–65.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Анализ затрат - Apple и приемники с теневой маской (PDF) (Технический отчет). Отчет Philco O.782. 21 марта 1958 г.
  • Дорф, Ричард (1997). Справочник по электротехнике. CRC Press. п. 1935 г. ISBN  0-8493-8574-1.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • "Фотоэлектрическая трубка и система цветного телевидения с индексом луча". Труды института инженеров-электриков. 108 (2): 523. 1961.
  • «z для зебры». IEEE Transactions по бытовой электронике. 8: 68. 1962.
  • Бенри, Рональд (февраль 1972 г.). "UNIRAY - Удивительный цветной телескоп с одним пистолетом". Популярная наука. С. 64–65, 140–141.CS1 maint: ref = harv (связь)

Патенты

  • Патент США 2307188, "Телевизионная система", Альда Бедфорд / RCA, подана 30 ноября 1940 г., опубликована 5 января 1943 г.
  • Патент США 2752418, "Система индексации цветного телевидения", Ричард Клэпп / Филко, поданная 3 ноября 1953 г., опубликованная 26 июня 1956 г.
  • Патент США 2,910,615, "Фотоэлектрическая система управления для приемников цветного телевидения", Стивен Моултон и все / Philco, подана 31 мая 1955 г., опубликована 27 октября 1959 г.
  • Патент США 4,159,484, "Многоцветная, одиночная пушка, система отображения ЭЛТ с одиночной сеткой / катодным пучком", Лайл Стратман / Rockwell International, подана 1 мая 1978 г., опубликована 26 июня 1979 г.
  • Патент США 4232332, "Цветной телевизионный приемник", Акира Тояма и др. / Sony, подана 22 декабря 1978 г., выдана 4 ноября 1980 г.
  • Патент США 4333105, "Цветной телевизионный приемник с индексированием луча", Masaro Kaku et all / Hitachi, подана 20 августа 1980 г., опубликована 1 июня 1982 г.

дальнейшее чтение