Trubice s paprskovým indexem - Beam-index tube

Paprsek index trubice je barevnou televizi s katodovou trubicí (CRT) konstrukce, za použití fosforové pásky a načasování aktivní zpětné vazby, spíše než fosforové body a masku paprsku-stínování jak vyvinutý RCA . Indexování paprsků nabídlo mnohem jasnější obrázky než CRT se stínovou maskou, což snížilo spotřebu energie, a protože používali spíše jedinou elektronovou zbraň než tři, bylo snazší je sestavit a nevyžadovaly žádné úpravy zarovnání.

Philco vedl vývoj koncepce indexování paprsků v řadě experimentálních zařízení, která nazývali Apple tube . Navzdory zdlouhavému vývoji nikdy nebyli schopni vyrobit nákladově konkurenceschopnou indexovací trubici a nakonec od konceptu upustili. Hlavním problémem byly náklady na indexovací elektroniku, která v pozdějších modelech vyžadovala nákladnou trubici fotonásobiče .

Nové detektory a tranzistorová elektronika vedly k tomu, že byl systém v 70. letech znovu zaveden jako Uniray . Byl vysoce cenově konkurenceschopný, ale konkuroval výrazně vylepšeným návrhům stínové masky a novému Trinitronu . Několik japonských společností používalo Uniray pro různé speciální účely, nejznámější je řada Sony Indextron . Systém také zaznamenal určité vojenské použití kvůli své nízké citlivosti na magnetické rušení a při takovém použití ve Velké Británii byl znám jako trubice Zebra .

Dějiny

Počáteční barevné CRT

V konvenčních černobílých (černobílých) televizorech má obrazovka CRT rovnoměrný povlak fosforu, který při dopadu elektronů vydává bílé světlo . Paprsek z elektronové zbraně v zadní části trubice je vychýlen (nejčastěji) proměnlivými poli od magnetických cívek, takže může být směrován do kteréhokoli bodu na obrazovce. Elektronické obvody známé jako generátory časové základny táhnou paprsek přes trubici a dolů a vytvářejí skenovací vzor používaný v televizních signálech. Amplitudově modulovaná signál se používá pro řízení zrychlení nosníku, ovládání jasu, když je tažen přes obrazovku.

Barevné televizory jsou založeny na použití fosforů tří základních barev (červená, zelená a modrá, RGB). Aby bylo možné dosáhnout rozumného rozlišení podobného rozlišení černobílé sady, musí být fosfory ukládány ve velmi malých bodech nebo pruzích. Elektronová zbraň na zadní straně tuby nemůže být dostatečně pevně zaostřena, aby zasáhla pouze jednu fosforovou barvu, pokud je tento fosfor tak malý, jak je požadováno. K přeostření paprsku je třeba použít nějaký sekundární systém.

RCA nakonec tento problém vyřešil stínovou maskou . V tomto systému jsou tři samostatná elektronová děla zaměřena z různých směrů na místo hned za obrazovkou. Tam se používá kovová deska s velmi malými otvory pro zaostření paprsku. Protože paprsky dopadají na desku v různých příchozích úhlech, oddělují se znovu na opačné straně desky a zasáhnou jednotlivé tečky barevného fosforu. Nevýhodou tohoto přístupu je, že deska také odřízne většinu paprsku, a to až 85%, což vede k nízkému jasu obrazu. Vyžadovalo to také tři elektronová děla, což zvyšovalo cenu trubice a udržovat zbraně ve správném vyrovnání s maskou byl neustálý problém.

Byla zkoušena řada řešení, která používala jedinou elektronovou zbraň a jakési elektrické nebo magnetické pole velmi blízko k obrazovce, aby poskytly stejný výsledek jako stínová maska. RCA pracovalo na systému s nabitými dráty, který mírně přitahoval paprsky k nim, nad nimi pruhy barevných fosforů. Problém byl v tom, že dráty musely být umístěny velmi blízko u sebe, aby poskytly požadované rozlišení, a zároveň byly napájeny vysokým napětím, aby poskytovaly dostatečné vychýlení. Díky tomu bylo velmi obtížné zabránit úniku signálů z vodiče na vodič. Vývoj byl opuštěn, když se stínová maska ​​osvědčila.

Ernest Lawrence vyvinul podobný systém známý jako Chromatron, který používal mřížku jemných drátů za obrazovkou k elektrickému vychylování paprsku, ale trpěl stejným základním problémem jako přístup RCA. I přes roky vývoje nebyl nikdo schopen vyrobit komerčně životaschopnou verzi. Pokus společnosti Sony vyrobit praktický Chromatron inspiroval vývoj jejich systému Trinitron .

Apple trubice

Systémy s jednou pistolí, jako je Chromatron, vytvářejí barvu rychlou změnou intenzity paprsku pro nastavení jasu pro každou barevnou složku a poté pomocí druhého systému zajišťují, že okamžitý signál končí na správném fosforu. Trubice s paprskovým indexem používá alternativní řešení, které umožňuje paprsku normálně skenovat jako v černobílé televizi bez sekundárního zaostřovacího systému, a místo toho rychle mění intenzitu paprsku, když ví, že je nad správnou barvou. K tomu vyžaduje trubice nějaký způsob, jak přesně načasovat průchod paprsku podél trubice s dostatečnou přesností, aby bylo zajištěno zasažení správné barvy.

Philcoův přístup k problému správné indexace paprsku ve vztahu k fosforům se opíral o proces sekundární emise , kdy vysokorychlostní elektrony unášejí elektrony z okolního materiálu a vytvářejí impuls dalšího proudu. Na rozdíl od stínové masky, kde se používají malé fosforové tečky, používala jablková trubice svislé pruhy barevných vzorů napříč trubicí. Nejzákladnější koncept indexování používá čtvrtý pruh fosforu mezi sousedními pruhy RGB, který vydává světlo, které není vidět okem, ale je vidět elektronikou v televizi.

Během desetiletého vývojového období bylo během zkoumání tohoto přístupu použito několik různých uspořádání komponent, materiálů a elektroniky, během nichž byl většinou utajován. Nejběžnější systém, poprvé veřejně prokázaný v roce 1956, používal jako indexovací systém pruhy oxidu hořečnatého uložené na zadní straně hliníku. Aby se zajistilo, že elektronika měla dostatek času reagovat na indexovací signál a upravit barvu, byl z pistole vygenerován samostatný „pilotní paprsek“, který byl umístěn tak, aby vedl hlavní „zapisovací paprsek“ o malou vzdálenost uvnitř trubice. Když indexovací paprsek narazil na oxid hořečnatý, byla vydána sprcha elektronů, které byly shromážděny vodivým povlakem uhlíku uloženým na vnitřní straně trubice. Nízkonapěťový pilotní paprsek měl jen tolik energie, aby tlumeně osvětlil trubici na viditelnou rovnoměrnou intenzitu pozadí.

Vzhledem k tomu, že jak pilotní, tak zapisovací paprsky narazily na indexové pruhy, generovaly se dva signály, když paprsky přejely trubicí. Aby bylo možné je rozlišit, byl pilotní paprsek modulován s měnícím se časovaným signálem tak, aby byl na maximální výkon, pouze když by byl v přibližném umístění indexových pruhů. Frekvence modulačního signálu byla funkcí geometrie trubice; na 21 "palcové trubici byly indexové pruhy umístěny 0,51 palce od sebe, jediný horizontální pohyb trvá asi 53 mikrosekund, takže signál musel být modulován na 7,4 MHz.

Původní modulační signál byl poté porovnán se zesíleným zpětným signálem ze sekundárního emisního procesu, čímž byl získán čistý výstup, který se měnil ve fázi rozdílem v poloze mezi odhadovanou a skutečnou polohou paprsku. Tento fázový signál byl poté odeslán do konvenčního barevného dekodéru a upravil sytost za běhu. Psací paprsek, umístěný tak, aby zametal mezery mezi indexy, zatímco pilotní paprsek byl na nich, přijímal chroma signál, takže jeho síla byla modulována tak, aby produkovala správné množství barvy, když byla na těchto pruzích. V době, kdy dosáhl indexového pruhu, byl modulační signál pilota na minimu a silný signál vydávaný zapisovacím paprskem by byl jednoduše ignorován.

Aby bylo zajištěno, že umístění pilotních a zapisovacích paprsků zůstalo co nejstálnější, použila jablečná trubice jedinečné uspořádání elektronové zbraně. Paprsky byly vyrobeny z jedné anody a dvou těsně rozmístěných katod, což vedlo k tomu, že se paprsky pohybovaly v mírně odlišných směrech. Poté byly magneticky zaostřeny, takže se zkřížily v bodě těsně před elektronovými děly, kde se k vyčištění signálu použila jednootvorová clona k vytvoření eliptického paprskového vzoru s ostrými hranami. Vychylovací cívky byly umístěny kolem otvoru, takže tím, že oba paprsky procházely přes vychylovací cívky, když byly překryty, byl průhyb obou stejný. Paprsky se poté znovu rozprostřely na vzdálené straně otvoru, kde druhé zaostřovací uspořádání zajistilo, že oba cestovali paralelně k sobě.

Elektrony vyzařované z indexových pruhů měly nízkou spotřebu energie a tudíž putovaly nízkou rychlostí do bodu vyzvednutí pomocí „tlačítka“ na zadní straně tuby. Vzhledem k tomu, že doba jízdy byla významným faktorem, bylo nutné upravit načasování fázového srovnání, protože paprsek zametl čelem trubice - po stranách trubice byly elektrony blízko snímání trubice, ale když byly paprsky v uprostřed trubice měli delší vzdálenost k cestování. K tomu bylo zapotřebí dalších časovacích obvodů.

Ve skutečnosti se budování elektroniky jablečné trubice ukázalo jako obtížné. Rychlou odezvu potřebnou k nastavení barevného signálu založeného na indexu bylo obtížné vybudovat pomocí elektronky založené na elektronce doby a elektronika systému byla mnohem dražší než běžné sady stínových masek. Jejich demonstrační jednotka měla o osm trubic více než podobný systém stínové masky, což v té době představovalo značné náklady. Navíc sekundární emise neposkytovala ostrý signál a přeslechy mezi pilotem a zapisovacími paprsky byly vždy problémem.

Pokročilé Apple

Další řešení problému indexování představil David Goodman z New York University . Vyměnil elektronový zářič Philco designu za nový materiál, který vydával rentgenové záření. Ty byly přijímány scintilátory v zadní části tuby, vedle zbraní. Vzhledem k tomu, že rychlost světla byla nezávislá na výkonu a v zásadě okamžitá ve srovnání s načasováním potřebným pro indexování, umožnila nová konstrukce eliminaci složitých časovacích obvodů původního návrhu.

Vzhledem ke všem problémům, které jablečná trubice měla, přijali inženýři společnosti Philco design jako trubice „pokročilé jablko“. Jejich verze používala nový materiál, který místo rentgenových paprsků vydával ultrafialové světlo a nahradil scintilátory jedinou fotonásobičem . Záblesky světla vydávané indexovými pruhy byly zesíleny fotonásobičem a poté odeslány do barevného dekodéru jako obvykle. O zpoždění v samotném časovacím obvodu bylo postaráno mírným nastavením polohy indexovacích pruhů na trubici. To eliminovalo velkou část obvodů spojených s časováním indexu a vedlo k levnějšímu podvozku.

Rovněž však představila fotonásobič, složitou vlastní trubici, která byla v té době ještě v dětství a relativně nákladná. Po určitém vývoji byla společnost schopna spolehlivě vyrábět pokročilé systémy Apple, ale výrobní náklady byly příliš vysoké, kolem 75 $ za zkumavku (591 $ dnes) a díky nástrojům za 15 milionů $ (dnes 125 milionů $) byl systém neatraktivní.

Vývoj systému zachytili také Sylvania a Thorn Electrical Industries ve Velké Británii, kteří zveřejnili podrobnosti o tom, čemu se říkalo „Zebra tube“ v roce 1961. Ve své práci byli očividně úspěšní, ale protože se nepokoušelo o standardní úsilí o barevnou televizi v té době pokročila v Británii, ani z tohoto vývoje nevycházely žádné komerční verze.

Uniray

Poté, co se Philco vzdal systému Apple, koupil práva jeden z inženýrů David Sunstein. Po mnoha letech znovu představil pokročilý design Apple jako Uniray. Zavedení nízkonákladových fotodiod dramaticky změnilo složitost a rovnice nákladů pokročilého systému indexování jablek a zavedení časovacích systémů vše v jednom implementovaných jako integrované obvody udělalo totéž na straně šasi systému. To, co bylo kdysi užitečným, ale nepraktickým zařízením, se stalo nákladově efektivním počátkem sedmdesátých let.

Sunstein vyrobil prototyp systému Uniray s použitím originální trubice Philco a nové elektroniky a koncept začal nakupovat v roce 1972. Bylo vyvinuto určité úsilí licencovat systém japonským společnostem, z nichž většina licencovala stínovou masku od RCA a čelila ztuhlosti konkurence nově zavedeného systému Sony Trinitron . Několik společností zahájilo vývoj televizorů založených na Uniray v pozdějších sedmdesátých letech a několik různých produktů bylo představeno v osmdesátých letech.

Jelikož indexování paprsku upravovalo polohu paprsku, když paprsek skenoval přes trubici, vnější magnetická pole měla malý vliv na obraz. Díky tomu byl systém obzvláště užitečný pro avionické displeje, kde byly systémy vystaveny silnému rušení okolním zařízením. Společnost Rockwell International obdržela v roce 1978 patent na toto použití. Společnost Ferranti ve Velké Británii také nabídla trubku s indexem paprsku o rozměrech 4 x 3 palce jako mapovací displej při upgradu Panavia Tornado v polovině životnosti.

Společnost Hitachi zahájila vývoj pokročilého systému Apple pro televizní použití, ale místo toho ho použila pro mnohem omezenější aplikace. Jediné rozšířené použití bylo v barevných hledáčcích ručních videorekordérů , které byly poprvé představeny v roce 1983 ve formátu 1½ palce. Díky odmítnutí rušení z blízké rotující magnetické záznamové hlavy byl praktický barevný hledáček. Jediná zbraň a jasnější obrázky pro danou úroveň výkonu děla také znamenaly, že indexovaný displej byl mnohem energeticky účinnější než konvenční systémy, což umožnilo jeho použití v aplikacích napájených z baterie.

Společnost Sony také vyvinula koncept Uniray a představila řadu produktů pod obchodním názvem „Indextron“. Jejich prvním produktem byl projekční televizní systém FP-62 „Vidimagic“. Trubice Indextron byla tak jasná, že dokázala přímo promítat zvětšený obraz do přední projekční televize bez potřeby tří samostatných trubic, což eliminovalo problémy s konvergencí. Druhá verze se zabudovaným videorekordérem Betamax byla prodávána jako PF-60. Známější aplikací byla KVX-370, 4palcová „noční“ televize s vestavěným budíkem a rádiem.

Sanyo použil zářivé obrazy k vytvoření nového stylu trubice, kterou nazývali „lízátko“. Používal elektronovou zbraň uspořádanou v pravém úhlu k displeji a namísto dozadu se táhl dolů. Magnetické zaostřování v takové geometrii by bylo těžké dosáhnout, takže systém byl přirozeně vhodný pro koncept Uniray. Výsledkem byl 3palcový displej s hloubkou pouze 1½ palce, ačkoli byl dlouhý několik palců. Ukázali systém v malé televizi podobné Sony Indextron.

Popis

Opticky indexovaná trubice zobrazovala obrazy osvětlením svislých pruhů barevného fosforu uspořádaných do červeno-zeleno-modrého vzoru. K excitaci pruhů byla použita jediná elektronová pistole a síla paprsku je modulována tak, aby vznikly různé barvy.

Po každém vzoru RGB následoval jeden pruh UV fosforu na vnitřní straně trubice, kde světlo nebylo pro diváka viditelné. Světlo vydávané tímto pruhem bylo zachyceno fotonásobičem nebo fotodiodou na vnější straně trubice, která byla umístěna nad čirým oknem na povrchu trubice. Signál z fotonásobiče byl zesílen a odeslán do obvodu barevného dekodéru.

Barevný dekodér elektricky odečetl signál z fotonásobiče od stávajícího signálu shluku barev. To mělo za následek fázový rozdíl, který pokročil nebo zpomalil modulaci jediného paprsku. Tímto způsobem, i když paprsek postupoval příliš rychle nebo příliš pomalu, indexový systém upravil načasování za běhu, aby zajistil správné barvy. Aby bylo možné přijímat signál dostatečně silný na to, aby indexoval, musel být paprsek po celou dobu ponechán, což snížilo kontrastní poměr ve srovnání s konvenčními trubicemi, protože pro sledování elektronového paprsku paprskem elektronového paprsku muselo být stále vyzařováno nějaké světlo fotodiody.

Trubice s paprskovým indexem má určitou podobnost se dvěma dalšími typy televizních trubic, které také místo teček nebo mřížek používaly svislé pruhy barevného fosforu. Chromatron použity dvě sady jemných drátů zavěšených za oblasti pro zobrazení, aby elektricky zaměřit svou jediný paprsek, jednu sadu vodičů zastavovat paprsek směrem k červené straně a druhá směrem k modré. Mřížky byly zarovnány tak, aby paprsek za normálních okolností zaostřil na zelený pruh uprostřed, ale změnou relativního napětí mezi nimi paprsek mohl přesně zasáhnout barevné pruhy. V praxi bylo obtížné udržet dráty v souladu s fosfory a vydávat elektrický šum, který interferoval s rádiovými přijímači v televizní aplikaci. To vidělo nějaké použití ve vojenských prostředích, včetně některých komerčních televizních použití v Yaou, Sony 19C 70 a Sony KV 7010U.

Druhým podobným designem je Trinitron , který kombinoval svislé pruhy trubice s paprskovým indexem a trubice Chromatron s novou jednopilotní třípaprskovou katodou a clonovou mřížkou místo stínové masky. Výsledkem byl design s mechanickou jednoduchostí designu stínové masky a jasnými obrazy systému indexu paprsků. Trinitron byl po několik desetiletí významným produktem společnosti Sony a představoval vrchol konvenčních barevných televizních displejů až do širokého zavedení plazmových displejů a LCD televizorů v 21. století.

Reference

Poznámky

Bibliografie

Patenty

Další čtení