Chromatron — это конструкция цветной телевизионной электронно-лучевой трубки, изобретенная лауреатом Нобелевской премии Эрнестом Лоуренсом и разработанная в коммерческих целях Paramount Pictures, Sony, Litton Industries и другими. Chromatron обеспечивал более яркие изображения, чем обычные системы цветного телевидения, использующие теневую маску, но множество проблем разработки не позволило ей широко использоваться, несмотря на годы разработки. В конечном итоге Sony отказалась от нее в пользу своей знаменитой системы Trinitron, использующей апертурную решетку.
Цветное телевидение изучалось еще до того, как коммерческое вещание стало обычным явлением, но только в конце 1940-х годов эта проблема была серьезно рассмотрена. В то время предлагалось несколько систем, которые использовали отдельные красные, зеленые и синие сигналы (RGB), транслируемые последовательно. Большинство систем транслировали целые кадры последовательно, с цветным фильтром (или «цветным гелем»), который вращался перед обычной черно-белой телевизионной трубкой. Поскольку они транслировали 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 использовались очень высокие частоты обновления. Несмотря на эти проблемы, Федеральная комиссия по связи США (FCC) выбрала последовательный стандарт 144 кадра/с от CBS в качестве своего стандарта цветного вещания в 1950 году. [1]
RCA работала по совершенно другим направлениям, используя систему яркости-цветности. Эта система напрямую не кодировала и не передавала сигналы RGB; вместо этого она объединяла эти цвета в одну общую яркостную фигуру, « яркость ». Яркость близко соответствовала черно-белому сигналу существующих трансляций, что позволяло отображать ее на существующих телевизорах. Это было главным преимуществом по сравнению с механическими системами, предлагаемыми другими группами. Затем цветовая информация отдельно кодировалась и складывалась в сигнал в качестве высокочастотной модификации для получения композитного видеосигнала — на черно-белом телевизоре эта дополнительная информация рассматривалась как небольшая рандомизация интенсивности изображения и просто казалась размытой, но ограниченное разрешение существующих наборов делало это невидимым на практике. На цветных наборах сигнал извлекался, декодировался обратно в RGB и отображался.
Хотя система RCA имела огромные преимущества, она не была успешно разработана, потому что было трудно производить подходящие трубки для отображения. Черно-белые телевизоры использовали непрерывный сигнал, и трубка могла быть покрыта равномерной окраской люминофора. С системой RCA цвет непрерывно менялся вдоль линии, что было слишком быстро для любого вида механического фильтра, чтобы уследить. Вместо этого люминофор должен был быть разбит на дискретный рисунок цветных пятен. Фокусировка правильного сигнала на каждом из этих крошечных пятен была за пределами возможностей электронных пушек той эпохи. Ранние эксперименты RCA использовали трехтрубные проекторы или системы на основе зеркал, известные как « Тринископ ». [2]
В конце концов RCA решила проблему отображения цветных изображений, введя теневую маску . Теневая маска состоит из тонкого листа алюминия с крошечными отверстиями, вытравленными в нем фототравлением, и располагается сразу за передней поверхностью кинескопа. Три пушки, расположенные треугольником, были направлены на отверстия. Блуждающие электроны на краю луча отсекались маской, создавая резко сфокусированное пятно, достаточно маленькое, чтобы поразить один цветной люминофор на экране. Поскольку каждая из пушек была направлена на отверстие под немного разным углом, пятна люминофора на кинескопе можно было слегка разделить, чтобы предотвратить перекрытие.
Недостатком этого подхода было то, что при любой заданной мощности пушки теневая маска отфильтровывала большую часть сигнала. Чтобы гарантировать отсутствие перекрытия сигнала на экране, точки приходилось разделять и покрывать, возможно, 25% его поверхности. Это приводило к очень тусклым изображениям, требующим гораздо большей мощности для обеспечения полезной картинки. Более того, система сильно зависела от относительных углов лучей между тремя пушками, что требовало постоянной регулировки пользователем для обеспечения попадания пушек в правильные цвета. Несмотря на это, техническое превосходство системы RCA было подавляющим по сравнению с системой CBS, и она была выбрана в качестве нового стандарта NTSC в 1953 году. Первая трансляция с использованием нового стандарта состоялась в первый день Нового года в 1954 году, когда NBC транслировала Турнир парада роз . [3]
Несмотря на столь ранний старт, всего через несколько лет после начала регулярного телевизионного вещания, потребительское восприятие цветных телевизоров началось очень медленно. Тусклое изображение, постоянные корректировки и высокая стоимость удерживали их в своей собственной нише. Низкое принятие потребителями привело к отсутствию цветного программирования, что еще больше снизило спрос на телевизоры в ситуации «курица или яйцо» . В Соединенных Штатах в 1960 году на каждые 50 проданных телевизоров был продан только 1 цветной телевизор. [4]
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. Эта система, «Хроматрон» или просто «Лоуренсовская трубка», использовала электронную фокусирующую систему вместо механического решения RCA. [5] Система состояла из ряда тонких металлических проводов или пластин, размещенных примерно на 1 ⁄ 2 дюйма позади фосфорного экрана. Провода использовались для электрической фокусировки лучей и их преломления на правильные фосфоры, которые были расположены вертикальными полосами. Люминофор покрывал более 50% площади экрана, тогда как современные теневые маски покрывали около 25%. Это приводило к гораздо более ярким изображениям с использованием того же количества энергии.
Каждый фокусирующий элемент состоял из пары проводов и проводящего алюминиевого покрытия на задней стороне люминофоров. Экран обычно заряжался потенциалом от 3000 до 4500 В между проводами и алюминием, что приводило к искривленному электрическому полю 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 изгибался в одном или другом направлении, позволяя контролировать цвет. В отличие от теневой маски, весь сигнал в конечном итоге достигал экрана, что еще больше снижало требования к мощности. [6]
Если сигнал цветности отсутствовал или намеренно игнорировался, система фокусировки отключалась, и ее мощность добавлялась к пушке. Это создавало немного более сильный и несфокусированный луч, который попадал на все три цветные полоски и создавал черно-белое изображение. [6] Промежутки между полосками означали, что общее изображение будет примерно таким же ярким, как и у обычного набора черно-белых. Набор теневых масок требовал, чтобы все три пушки были включены для создания черно-белого изображения, и поскольку цветные пятна были маленькими, их мощность должна была быть очень высокой.
Еще одним преимуществом фокусировки около экрана было то, что электронный луч изгибался, чтобы попадать на люминофоры на лицевой панели трубки под прямым углом, независимо от того, какой угол луча был позади фокусировщика. Это позволяло создавать трубки с гораздо большими углами отклонения, чем обычные трубки – 72 градуса вместо более типичных 45. Таким образом, хроматронные трубки имели гораздо меньшую глубину для любого заданного горизонтального размера. [6]
У хроматрона также было несколько недостатков. Одним из них было то, что существовало фундаментальное соотношение между ускорением, обеспечиваемым сеткой и электронной пушкой в задней части трубки; для того, чтобы сетка могла успешно управлять лучом, она должна была иметь значительную долю общей мощности. К сожалению, механическая компоновка сетки ограничивала ее напряжением около 5000 В или меньше, что в свою очередь ограничивало электронную пушку относительно низким напряжением около 8000 В. Таким образом, общая мощность в хроматроне была меньше, чем в обычных трубках, что в некоторой степени компенсировало ее естественную яркость. [7]
Калифорнийский университет в Беркли создал «Chromatic Television Laboratories» для коммерческой разработки системы в партнерстве с Paramount Pictures, которая предоставила финансирование разработки. Они начали производить 22-дюймовые прототипы трубок PDF 22-4 в 1952 и 1953 годах с областью отображения 14 на 11 дюймов.
На практике конструкция оказалась с серьезными проблемами. Поскольку фокусирующая система должна была быстро перемещать луч для генерации правильных цветов, приходилось использовать очень высокие напряжения и мощности, что приводило к проблемам с искрением и радиочастотным (РЧ) шумом. Около 50 Вт РЧ мощности приходилось подавать на провода, чтобы отклонить электронный луч, направляя его на нужную цветную полосу. [8] Последнее было особенно раздражающим при использовании в качестве основы для телевизора, так как шум мешал радиоприемникам, которые принимали трансляции. В конечном итоге университет отказался от своего интереса к Chromatron, но Paramount продолжила разработку как системы для показа фильмов во время монтажа, что означало, что РЧ шум не представлял проблемы. Разработка все еще продолжалась в начале 1960-х годов, когда их работу купила Sony.
Несмотря на эти проблемы, перспективы системы Chromatron были настолько велики, что ряд компаний продолжали разрабатывать систему в течение 1950-х годов. Проблема излучения была решена путем размещения проводов дальше от полос люминофора, что уменьшило емкость и значительно снизило требования к мощности возбуждения. Позже диаметры проводов были уменьшены для размещения увеличенного шага люминофора. Кроме того, выход трех видеоусилителей переключал цветовую информацию для попадания на каждую полосу RGB в точные требуемые моменты. Другими словами, ключевое управление тремя цветовыми стадиями. Позже General Colornetron перенял этот подход. Последующие трубки Chromatron экспериментировали с различными цветными люминофорами, чтобы получить правильное сочетание яркости и стойкости. Наконец, довольно большой медный ящик или клетка были установлены снаружи колокола, чтобы уменьшить остаточное излучение от катушки сетки. Никаких помех не наблюдалось, и полученные изображения были описаны как довольно приличные и видимые без видимых полос или штрихов. Конструкция Chromatron также была лицензирована для множества других применений; Компания Litton Industries использовала Chromatron с двухцветным дисплеем (сине-красным) в качестве основы для системы идентификации «свой-чужой» .
К 1961 году Sony была крупным японским производителем черно-белых телевизоров, но не имела никакой технологии цветного телевидения. Дилеры Sony спрашивали, когда они могут ожидать цветной телевизор, и отдел продаж начал оказывать давление на инженеров, чтобы те просто лицензировали дизайн теневой маски у другого производителя и начали производство. Масару Ибука отказался, по-видимому, проявив сильное личное чувство, что дизайн теневой маски был в корне неверным. [4]
В марте 1961 года Ибука, Акио Морита и Нобутоси Кихара посетили выставку IEEE в Нью-Йоркском Колизее . Это был первый визит Кихары в США, и он провел немало времени, бродя по выставочному залу. На небольшом стенде Autometric он увидел выставленный Хроматрон и поспешил найти Мориту и Ибуку, чтобы показать им его. Когда Морита увидел выставку, он сразу же начал договариваться о встрече на следующее утро, чтобы посетить лаборатории Chromatic в Манхэттене. [9] К концу встречи на следующий день Морита получил лицензию на производство «трубки Хроматрона и цветного телевизионного приемника с ее использованием». [10]
.jpg/1280px-Sony_Chromatron_(cropped).jpg)
В начале 1963 года Сенри Мияока был отправлен в лаборатории Chromatic, чтобы организовать передачу технологии Sony, что привело к закрытию Chromatic. Он был не впечатлен лабораториями, описывая подвал без окон как «убогость». [11] Американская команда быстро указала на недостатки в конструкции Chromatron, заявив Мияоке, что конструкция безнадежна. К сентябрю 1964 года в Японии был построен 17-дюймовый прототип, но испытания массового производства демонстрировали серьезные проблемы.
Ибука оставался ярым сторонником этой технологии и настоял на строительстве нового завода по их производству около станции Осаки в Токио . Это оказалось неразумным; в ранних выпусках из каждой 1000 произведенных трубок годными к использованию были только 1–3. Остальные страдали от проблем с выравниванием, цвета переходили от одного к другому по всему экрану, что было невозможно исправить после того, как трубка была запечатана. Годные к использованию трубки быстро отправлялись в выставочные залы Sony, несмотря на низкую доходность, 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 конкурентоспособной. [11]
Производственные проблемы так и не были решены, что привело к росту напряженности между Ибукой и Моритой. В ноябре 1966 года Казуо Ивама сказал Сусуму Ёсиде, что компания близка к краху, и что команда должна улучшить показатели к концу года, иначе продукт придется отменить. Тем временем RCA добилась большого прогресса в совершенствовании своей технологии теневых масок, а новые участники, такие как « Porta-Color » от General Electric, предлагали другие преимущества. Sony явно отставала от остального рынка, следуя подходу Chromatron. [12]
Ибука наконец объявил, что лично возглавит поиск альтернативной системы. Его команда из 30 инженеров и физиков исследовала широкий спектр подходов в поисках уникальной системы Sony. Прочитав несколько отчетов, Ибука вызвал 29-летнего физика Мияоку в свой кабинет вместе с Ёсидой и спросил его, можно ли заставить работать его подход с одним орудием. Мияока пытался уйти с работы, чтобы порепетировать виолончель, и опрометчиво заявил, что это сработает. Результатом стала знаменитая система Trinitron , которая поступила в продажу в 1968 году и получила широкое признание. [13]
До начала продаж первых телевизоров Trinitron в Соединенных Штатах, ограниченное количество 7-дюймовых Chromatron было построено и предложено для продажи в Соединенных Штатах, начиная с апреля 1968 года как KV 7010U. Они были заменены примерно через три месяца на трубку Trinitron KV 7010UA. [1]
В ЭЛТ-телевизоре Sony KV 7010U вместо теневой маски или апертурной решетки использовалась недавно изобретенная пушка Trinitron в сочетании с проволочной сеткой Chromatron PDA.
Базовой концепцией, определяющей Chromatron, была система фокусировки вблизи экрана, которая обеспечивала разрешение луча, необходимое для точного попадания на отдельные цветные фосфорные полоски. Сетка фокусировала сигнал и направляла его на правильные цвета.
Люминофоры были нанесены шелкографией на заднюю часть трубки полосками шириной 2 мила с зазорами шириной 2 мила между ними, а затем покрыты алюминием, чтобы сделать экран проводящим. Поскольку сетка должна была быть заряжена до относительно высокого напряжения, алюминиевое покрытие было довольно толстым, что в некоторой степени затемняло изображение.
Люминофоры были расположены по схеме 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, например, синий, луч нужно было бы потянуть вправо для одного пикселя, а затем влево для следующего. Поскольку соседние полосы люминофоров делили один из проводов, это означало, что одна настройка напряжения дала бы синий цвет на двух соседних пикселях. Поскольку один кадр цветного телевидения не состоит из одного цвета, отклоняющую систему приходилось постоянно изменять по мере перемещения луча по экрану.
[1]