Penetron - Penetron

Penetron , krátký pro penetrační trubky , je typu s omezenou barevnou televizi používá v některých vojenských aplikacích. Na rozdíl od konvenční barevné televize produkuje penetron omezený barevný gamut , obvykle dvě barvy a jejich kombinace. Penetrony a další katodové trubice (CRT) určené pouze pro vojenské účely byly v moderním designu nahrazeny LCD .

Dějiny

Základní televize

Konvenční černobílý televizor (B&W) používá trubici, která je rovnoměrně potažena fosforem na vnitřní straně. Při excitaci vysokorychlostními elektrony vydává fosfor světlo, obvykle bílé, ale za určitých okolností se také používají jiné barvy. Elektronové dělo na zadní trubky poskytuje paprsek vysokorychlostních elektronů, a sadu elektromagnetů umístěných v blízkosti pistole umožňují, aby paprsek pohybovat kolem displeje. Televizní signál je odesílán jako řada pruhů, z nichž každý je zobrazen jako samostatný řádek na displeji. Síla signálu zvyšuje nebo snižuje proud v paprsku a vytváří jasné nebo tmavé body na displeji, když paprsek přejíždí trubicí.

Na barevném displeji je jednotný povlak bílého fosforu nahrazen tečkami nebo čarami tří barevných fosforů, které při vzrušení vytvářejí červené, zelené nebo modré světlo (RGB). Tyto primární barvy se mísí v lidském oku a vytvářejí jednu zjevnou barvu. To představuje problém pro konvenční elektronová děla, která nelze zaostřit nebo umístit dostatečně přesně, aby zasáhla tyto mnohem menší jednotlivé vzorce. Koncem 40. let pracovalo na různých řešeních tohoto problému řada společností, které používaly tři samostatné trubice nebo jeden bílý výstup s barevnými filtry umístěnými před ním. Nic z toho se neukázalo jako praktické a toto bylo pole značného zájmu o vývoj.

Penetron

Penetron byl původně navržen Kollerem a Williamsem během práce ve společnosti General Electric (GE). Původně byl vyvinut jako nový způsob, jak postavit jednobunkovou barevnou televizi s jednoduchostí konvenčního černobílého televizoru. Stejně jako černobílá trubice používala na displeji jednotnou vrstvu fosforu pomocí jediné elektronové zbraně vzadu. Fosforový povlak se však nanáší ve třech vrstvách různých barev, červené na vnitřní straně nejblíže ke zbrani, poté zelené a modré na vnější straně nejblíže k přední straně trubice. Barvy byly vybrány zvýšením výkonu elektronového paprsku, což umožnilo elektronům protékat jakýmikoli nižšími vrstvami, aby dosáhly správné barvy.

V konvenční sadě se napětí používá k ovládání jasu obrazu, nikoli jeho barvy, čehož musel nový design také dosáhnout. V penetronu se napětí používá také k výběru barvy. Abychom uspokojili tyto konkurenční potřeby, byl výběr barev zajištěn externím mechanismem. Zbraň byla modulována napětím, jako by to bylo v černobílé sadě, se zvyšujícím se výkonem vytvářelo jasnější místo na obrazovce. Sada jemných drátů umístěných za obrazovkou poté poskytovala další energii potřebnou k výběru konkrétní barevné vrstvy. Vzhledem k tomu, že luminofory byly relativně neprůhledné, systém vyžadoval velmi vysoká urychlovací napětí, mezi 25 a 40 kV. Byla představena vylepšená verze, která používala průhledné fosforové vrstvy a tenké izolační vrstvy mezi nimi, které snižovaly požadovaná napětí. Dielektrikum zajistilo, že zbloudilé elektrony, ať už jsou pod napětím z děla nebo sekundární emise ze samotných fosforů, byly zastaveny, než dosáhly obrazovky.

Penetron byl ideální pro použití s ​​časným vysílacím systémem CBS, který odesílal barevné informace ve třech samostatných sekvenčních rámcích. Experimentální televizory CBS používaly mechanický filtr se třemi barevnými sekcemi, které se otáčely před černobílou trubicí. Stejný časovací signál byl použit v penetronu ke změně napětí mřížky pro výběr barvy na stejný konec. Nízká spínací frekvence, 144krát za sekundu, znamenala, že měnící se vysoké napětí nebylo hlavním zdrojem vysokofrekvenčního šumu. Na rozdíl od mechanického systému CBS neměl penetron žádné pohyblivé části, mohl být postaven v jakékoli velikosti (což bylo s diskem obtížné) a neměl problémy s blikáním. Představoval významný pokrok v technologii displeje.

NTSC

Netrvalo dlouho po zavedení systému CBS a RCA zavedl nový systém, který nakonec zvítězil. Na rozdíl od pole-sekvenčního systému CBS, RCA přímo kódovala barvu pro každý bod na obrazovce, systém známý jako „dot-sequential“. Výhodou systému RCA bylo, že primární složka signálu byla velmi podobná signálu ČB použitého na stávajících sadách, což znamenalo, že miliony černobílých televizorů budou schopny přijímat nový signál, zatímco novější sady barev je mohou vidět buď ČB nebo barevně, pokud byl poskytnut tento další signál. To byla obrovská výhoda oproti systému CBS a v roce 1953 NTSC jako nový barevný standard vybrala upravenou verzi .

Hlavní nevýhodou byla obtížnost správného zaostření paprsku na správnou barvu, což problém RCA vyřešil svým systémem stínové masky . Stínová maska ​​je tenká kovová fólie s malými lepenými otvory, umístěnými tak, aby otvory ležely přímo nad jedním tripletem barevných fosforových teček. Tři samostatné elektronové zbraně jsou individuálně zaměřeny na masku a běžně zametají obrazovku. Když paprsky procházejí přes jeden z otvorů, procházejí skrz něj, a protože jsou zbraně v zadní části trubice od sebe odděleny malou vzdáleností, má každý paprsek při průchodu otvorem mírný úhel. Fosforové tečky jsou na obrazovce uspořádány tak, aby paprsky zasáhly pouze jejich správný fosfor. Aby se zajistilo, že se otvory vyrovnají s tečkami, používá se maska ​​k vytvoření teček pomocí fotocitlivého materiálu.

Nový vysílací systém představoval pro penetron vážný problém. Signál vyžadoval výběr barvy při vysokých rychlostech „za běhu“, když byl paprsek tažen přes obrazovku. To znamenalo, že vysokonapěťová mřížka pro výběr barev musela být rychle cyklována, což představovalo řadu problémů, zejména vysokofrekvenční šum, který vyplňoval vnitřek trubice a zasahoval do elektroniky přijímače. K řešení tohoto problému byla zavedena další modifikace pomocí tří samostatných děl, z nichž každá byla napájena jiným základním napětím vyladěným tak, aby zasáhlo jednu z vrstev. V této verzi nebylo nutné přepínání, což eliminuje vysokofrekvenční šum.

Výroba takového systému se v praxi ukázala jako obtížná a pro použití v domácí televizi společnost GE místo toho představila svůj systém „ Porta-Color “, dramatické vylepšení systému stínové masky RCA. Jiní vývojáři pokračovali v práci se základním systémem a pokoušeli se najít způsoby řešení problémů s vysokofrekvenčním přepínáním, ale žádný z nich nevstoupil do komerční produkce.

Použití v avionice

Pro jiná použití však výhody penetronu zůstaly. Ačkoli to nebylo velmi vhodné pro bodově-sekvenční metodu barevného vysílání, bylo to důležité jen tehdy, když člověk přijímal vysílání vzduchem. Pro použití, kde mohl být signál poskytován v jakémkoli potřebném formátu, například na počítačových displejích, zůstal penetron užitečný. Když nebylo potřeba plný barevný gamut, složitost penetronu se dále snížila a stal se velmi atraktivním. To ho propůjčilo zakázkovým aplikacím, jako je vojenská avionika, kde povaha vstupního signálu nebyla důležitá a vývojář mohl libovolně používat jakýkoli signalizační styl, který si přál.

V roli avioniky měl penetron také další výhody. Jeho použití fosforu ve vrstvách místo pruhů znamenalo, že mělo vyšší rozlišení, třikrát vyšší než u systému RCA. To bylo velmi užitečné pro radarové displeje a systémy IFF , kde byly obrázky často překryty textovými narážkami, které vyžadovaly vysoké rozlišení, aby byly snadno čitelné. Navíc, protože veškerý signál dosáhl obrazovky v penetronu, na rozdíl od 15% ve zkumavce se stínovou maskou, byl při jakémkoli daném množství energie penetron mnohem jasnější. To byla hlavní výhoda v roli avioniky, kde byly energetické rozpočty často docela omezené, přesto byly displeje často zasaženy přímým slunečním světlem a musely být velmi jasné. Nedostatek stínové masky také znamenal, že penetron byl mechanicky mnohem robustnější a netrpěl barevným posunem pod zátěží g .

Penetrony se používaly od konce 60. do poloviny 80. let, většinou pro radarové nebo IFF systémy, kde se běžně používaly dvoubarevné displeje (zelená / červená / žlutá). Vylepšení konvenčních stínových masek odstranila během tohoto období většinu jeho výhod. Lepší zaostření umožnilo zvětšit velikost otvorů ve stínové masce úměrně s neprůhlednou oblastí, což zlepšilo jas displeje. Jas se dále zlepšil zavedením novějších fosforů. Problémy s vyklenutím byly řešeny pomocí invarových stínových masek, které byly mechanicky robustní a připevněné k tubě pomocí silného kovového rámu.

Jiná použití

Displeje Penetron byly také nabízeny jako volitelná výbava na některých grafických terminálech , kde nebylo vyžadováno vysokorychlostní přepínání barev a omezená škála penetronu nebyla problémem. IDI na svých terminálech IDIgraph a IDIIOM nabídla takové displeje jako možnost 8 000 $.

Tektronix, hlavní výrobce osciloskopů, nabízel omezenou škálu barev u některých svých osciloskopů CRT pomocí technologie typu Penetron.

Popis

Ve většině verzí penetronu má trubice vnitřní vrstvu červené a vnější vrstvu zelenou, oddělenou tenkou dielektrickou vrstvou. Kompletní obraz se vytvoří dvojnásobným skenováním, jednou se zbraní nastavenou na nižší výkon, který je zastaven v červené vrstvě, a poté znovu na vyšší výkon, který prochází červenou vrstvou a do zelené. Žlutou lze vyrobit zasažením stejného místa na obou tazích.

Na displeji, kde jsou barvy buď zapnuté, nebo vypnuté a nemusí se vytvářet různé úrovně jasu, lze systém dále zjednodušit odstraněním mřížky pro výběr barev a modulací napětí samotné elektronové trysky. To však také způsobuje problémy, protože elektrony se rychleji dostanou na obrazovku při zrychlení s vyšším napětím, což znamená, že musí být zvýšen i vychylovací systém, aby bylo zajištěno, že skenování vytvoří stejnou velikost obrazovky a šířky čar na obou průchodech.

Několik alternativních uspořádání penetronu bylo experimentováno na řešení tohoto problému. Jeden běžný pokus použil namísto výběrové mřížky elektronový multiplikátor na čele trubice. V tomto systému byl použit nízkoenergetický skenovací paprsek a byly nastaveny magnety, které způsobí, že elektrony narazí na boky multiplikátorů. Poté by se uvolnila sprcha elektronů s vyšší energií a putovala k vrstveným fosforům normálního uspořádání penetronů. Později bylo zjištěno, že paprsky vycházející z multiplikátorů přistávaly v prstencích, což umožňovalo nové uspořádání fosforů v soustředných prstencích místo vrstev.

Hlavní výhodou penetronu je, že postrádá systém mechanického zaostřování televize se stínovou maskou, což znamená, že veškerá energie paprsku dosáhne obrazovky. Pro jakékoli dané množství energie bude penetron mnohem jasnější, obvykle o 85% jasnější. To je hlavní výhoda v prostředí letadla, kde je omezené napájení, ale displeje musí být dostatečně jasné, aby byly snadno čitelné, i když jsou přímo osvětleny slunečním světlem. Je zaručeno, že systém bude produkovat správné barvy navzdory vnějšímu rušení nebo manévrovacím silám g - což je velmi důležitá kvalita v nastavení letectví. Penetron také nabízel vyšší rozlišení, protože fosfor byl kontinuální, na rozdíl od malých skvrn v systému stínové masky. Navíc nedostatek stínové masky činí penetron mechanicky mnohem robustnějším.

Reference

Citace

Bibliografie

Patenty

Viz také

• Trubice s paprskovým indexem
• Chromatron