Индексно -лучевая трубка представляет собой конструкцию цветной телевизионной электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), в которой используются люминофорные полосы и синхронизация активной обратной связи, а не люминофорные точки и маска затенения луча , как это разработано RCA . Индексация луча обеспечивала гораздо более яркое изображение, чем ЭЛТ с теневой маской, снижая энергопотребление, а поскольку в них использовалась одна электронная пушка , а не три, их было легче построить и не требовалось никаких корректировок выравнивания.
Philco возглавила разработку концепции индексации луча в серии экспериментальных устройств, которые они назвали трубкой Apple . Несмотря на длительную разработку, они так и не смогли изготовить конкурентоспособную индексирующую трубку и в конечном итоге отказались от этой концепции. Основной проблемой была стоимость индексирующей электроники, которая в более поздних моделях требовала дорогого фотоумножителя .
Новые детекторы и транзисторная электроника привели к тому, что в 1970-х годах система была повторно представлена под названием Uniray . Он был очень конкурентоспособен по цене, но конкурировал со значительно улучшенной конструкцией теневых масок и новым Тринитроном . Несколько японских компаний использовали Uniray для различных специальных целей, наиболее известной из которых является серия Sony Indextron . Система также использовалась в некоторых военных целях из-за ее низкой чувствительности к магнитным помехам, и при таком использовании в Великобритании она была известна как трубка Зебра .
В обычных черно-белых (черно-белых) телевизорах ЭЛТ-экран имеет однородное покрытие из люминофора , который излучает белый свет при попадании в него электронов . Луч электронной пушки в задней части трубки отклоняется (чаще всего) различными полями магнитных катушек, поэтому его можно направить в любую точку экрана. Электронные схемы, известные как генераторы временной развертки, тянут луч поперек трубки вниз, создавая шаблон сканирования, используемый в телевизионных сигналах. Амплитудно- модулированный сигнал используется для управления током луча, регулируя яркость при его прохождении по экрану. [ нужна цитата ]
Цветные телевизоры основаны на использовании люминофоров трех аддитивных основных цветов (красного, зеленого и синего, RGB). Чтобы обеспечить разумное разрешение, подобное разрешению черно-белого изображения, люминофоры необходимо наносить очень маленькими точками или полосами. Электронная пушка, расположенная в задней части трубки, не может быть сфокусирована достаточно точно, чтобы поразить только один цвет люминофора, если этот люминофор настолько мал, насколько это необходимо. Для перефокусировки луча необходимо использовать некоторую вторичную систему.
RCA в конечном итоге решила эту проблему с помощью теневой маски . В этой системе три отдельные электронные пушки направлены с разных сторон в точку сразу за экраном. Там для перефокусировки луча используется металлическая пластина с очень маленькими отверстиями. 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. Для этого также требовались три электронные пушки, что повышало цену трубки, а поддержание правильного выравнивания пушек по маске было постоянной проблемой.
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 ним, а за ними располагались полосы цветного люминофора. Проблема заключалась в том, что провода нужно было располагать очень близко друг к другу, чтобы обеспечить требуемое разрешение, а также питать их высоким напряжением, чтобы обеспечить достаточное отклонение. Это очень затрудняло предотвращение утечки сигналов от провода к проводу. Разработка была прекращена, когда теневая маска оказалась успешной.
Эрнест Лоуренс разработал аналогичную систему, известную как «Хроматрон» , в которой использовалась сетка из тонких проволок за экраном для электрического отклонения луча, но она страдала той же основной проблемой, что и подход RCA. Несмотря на годы разработки, никто не смог создать коммерчески жизнеспособную версию. Попытка Sony создать практичный хроматрон вдохновила на разработку системы Trinitron .
Системы с одним пистолетом, такие как Chromatron, создают цвет, быстро 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 индекса луча используется альтернативное решение, которое позволяет лучу сканировать нормально, как в черно-белом телевизоре, без вторичной системы фокусировки, и вместо этого быстро меняет интенсивность луча, когда он знает, что он превышает правильный цвет. Для этого трубке требуется какой-то способ точно рассчитать время прохождения луча по трубке с достаточной точностью, чтобы гарантировать попадание нужного цвета.
Подход Philco к проблеме правильной индексации луча по отношению к люминофорам основывался на процессе вторичной эмиссии , при котором высокоскоростные электроны увлекают электроны из окружающего материала, создавая импульс дополнительного тока. В отличие от теневой маски, где используются маленькие точки люминофора, в трубке «Яблоко» используются вертикальные цветные полосы, нанесенные поперек трубки. В самой базовой концепции индексации используется четвертая полоса люминофора между соседними полосами RGB, которая излучает свет, который не виден глазу, но может быть увиден электроникой внутри телевизора. [1]
При исследовании этого подхода в течение десятилетнего периода разработки использовалось несколько различных схем расположения компонентов, материалов и электроники, большую часть из которых он держался в секрете. В наиболее распространенной системе, впервые публично продемонстрированной в 1956 году, в качестве системы индексации использовались полосы оксида магния , нанесенные на обратную сторону алюминия. Чтобы гарантировать, что у электроники было достаточно времени, чтобы отреагировать на сигнал индексации и отрегулировать цвет, из пистолета генерировался отдельный «пилотный луч», который располагался так, чтобы вести основной «пишущий луч» на небольшом расстоянии внутри трубки. Когда индексирующий луч попадал на оксид магния, испускался поток электронов, которые собирались проводящим покрытием из углерода , нанесенным на внутреннюю часть трубки. Пилотный луч малой мощности имел достаточную мощность, чтобы тускло осветить трубку до едва заметной ровной фоновой интенсивности. [1]
Поскольку и пилотный, и записывающий лучи попадают на индексные полосы, при прохождении лучей по трубке будут генерироваться два сигнала. Чтобы различать их, пилотный луч модулировался изменяющимся сигналом, рассчитанным по времени так, чтобы он достигал максимальной мощности только тогда, когда он находился примерно в месте расположения индексных полос. Частота модулирующего сигнала зависела от геометрии трубки; на трубке диаметром 21 дюйм (530 мм) индексные полосы были расположены на расстоянии 0,51 дюйма (13 мм) друг от друга, одна горизонтальная развертка занимает около 53 микросекунд, поэтому сигнал пришлось модулировать на частоте 7,4 МГц. [2]
Затем исходный модулирующий сигнал сравнивался с усиленным сигналом, отраженным от процесса вторичного излучения, в результате чего получался чистый выходной сигнал, который менялся по фазе в зависимости от разницы в положении между расчетным и реальным положением луча. Затем этот фазовый сигнал был отправлен в обычный декодер цвета, регулирующий цветность «на лету». Пишущий луч, расположенный так, чтобы охватывать промежутки между индексами, пока на них находился пилотный луч, получал сигнал цветности так, что его мощность модулировалась для создания правильного количества цвета, когда он находился поверх этих полос. К тому времени, когда он достигнет индексной полосы, модулирующий сигнал пилота будет минимальным, а сильный сигнал, исходящий от пишущего луча, будет просто проигнорирован. [2]
Чтобы обеспечить максимально постоянное положение пилотного и пишущего лучей, в яблочной трубке использовалась уникальная конструкция электронной пушки. Пучки создавались из одного анода и двух близко расположенных катодов, в результате чего лучи двигались в несколько разных направлениях. Затем их магнитно сфокусировали, так что они пересеклись в точке прямо перед электронными пушками, где апертура с одной щелью использовалась для очистки сигнала и создания эллиптической диаграммы направленности с острыми краями. Отклоняющие катушки были расположены вокруг апертуры, поэтому, когда оба луча проходили мимо отклоняющих катушек, будучи наложенными друг на друга, отклонение обоих было одинаковым. Затем лучи снова распространились на дальнюю сторону апертуры, где второе фокусирующее устройство гарантировало, что оба пучка будут двигаться параллельно друг другу. [2]
Электроны, испускаемые индексными полосками, имели малую мощность и поэтому перемещались с низкой скоростью к точке захвата в «кнопке» на задней части трубки. Поскольку время прохождения было значимым фактором, время сравнения фаз приходилось корректировать по мере того, как луч проходил по лицевой стороне трубки – по бокам трубки электроны находились близко к датчику трубки, но когда лучи находились в в середине трубы им предстояло преодолеть большее расстояние. Для этого потребовалась дополнительная схема синхронизации. [1]
На самом деле создание электроники для Apple Tube оказалось трудной задачей. Быструю реакцию, необходимую для настройки цветового сигнала на основе индекса, было трудно обеспечить с помощью ламповой электроники того времени, а электроника системы была намного дороже, чем обычные наборы теневых масок. Их демонстрационная установка имела на восемь трубок больше, чем аналогичная система теневых масок, что в то время представляло собой значительную стоимость. [2] Кроме того, вторичное излучение не давало четкого сигнала, а перекрестные помехи между пилотным и записывающим лучами всегда были проблемой.
Другое решение проблемы индексации было предложено Дэвидом Гудманом из Нью-Йоркского университета . Он заменил эмиттер электронов конструкции Филко новым материалом, испускающим рентгеновские лучи. Их принимали сцинтилляторы , расположенные в задней части трубки, рядом с пушками. [3] Поскольку скорость света не зависела от мощности и по существу была мгновенной по сравнению с временем, необходимым для индексации, новая конструкция позволила устранить сложную схему синхронизации оригинальной конструкции.
Учитывая все проблемы, с которыми сталкивалась трубка Apple, инженеры Philco приняли эту конструкцию как «усовершенствованную трубку Apple». В их версии использовался новый материал, который излучал ультрафиолетовый свет вместо рентгеновских лучей, а сцинтилляторы были заменены одной трубкой фотоумножителя . Вспышки света, испускаемые индексными полосами, усиливались фотоумножителем, а затем отправлялись в декодер цвета как обычно. [4] Задержки в самой схеме синхронизации были устранены путем небольшой регулировки положения индексных полос на трубке. Это устранило большую часть схем, связанных с индексной синхронизацией, и привело к созданию более дешевого шасси. [ нужна цитата ]
Однако компания также представила фотоумножитель, собственную сложную трубку, которая в то время все еще находилась в зачаточном состоянии и была относительно дорогой. После некоторого развития компания смогла надежно производить передовые системы Apple, но себестоимость производства была слишком высокой — около 75 долларов за трубку (676 долларов сегодня), а стоимость инструментов — 15 миллионов долларов (143 миллиона долларов сегодня), что сделало систему непривлекательной. [5]
Разработку системы также подхватили компании Sylvania и Thorn Electrical Industries в Великобритании, которые в 1961 году опубликовали подробности о том, что они назвали «трубкой Зебра » . В то время в Великобритании эта разработка продвигалась вперед, коммерческих версий этой разработки также не последовало. [7] [8]
После того, как Philco отказалась от системы Apple, права приобрел один из инженеров Дэвид Санстейн. Спустя много лет он вновь представил усовершенствованный дизайн яблока под названием Uniray. Внедрение недорогих фотодиодов резко изменило сложность и стоимость уравнений усовершенствованной системы индексации Apple, а внедрение универсальных систем синхронизации, реализованных в виде интегральных схем, сделало то же самое на стороне шасси системы. То, что когда-то было полезным, но непрактичным устройством, к началу 1970-х годов стало экономически эффективным. [9]
Санстейн создал прототип системы Uniray, используя оригинальную лампу Philco и новую электронику, и начал продавать эту концепцию в 1972 году. Были предприняты некоторые попытки лицензировать систему японским компаниям, большинство из которых лицензировали теневую маску от RCA и столкнулись с трудностями. Конкуренция со стороны недавно представленной системы Trinitron от Sony . [9] Несколько компаний начали разработку телевизоров на базе Uniray в конце 1970-х годов, а в 1980-х годах было представлено несколько различных продуктов.
Поскольку индексация луча корректировала положение луча при его сканировании по трубке, внешние магнитные поля мало влияли на изображение. Это сделало систему особенно полезной для дисплеев авионики, где системы подвергались сильным помехам от окружающего оборудования. [10] Rockwell International получила патент на такое использование в 1978 году. [11] Ferranti в Великобритании также предложила индексную трубку размером 4 на 3 дюйма (102 на 76 мм) в качестве картографического дисплея в обновленной версии Panavia Tornado среднего возраста. [12]
Hitachi начала разработку усовершенствованной системы Apple для использования на телевидении [13] , но вместо этого использовала ее для гораздо более ограниченных приложений. Единственное широкое применение получили цветные видоискатели портативных видеомагнитофонов , впервые представленные в 1983 году в 1+Форма 1 ⁄ 2 дюйма (38 мм). [14] Отсутствие помех от расположенной рядом вращающейся магнитной записывающей головки сделало цветной видоискатель практичным. Один пистолет и более яркие изображения для любого заданного уровня мощности оружия также означали, что индексированный дисплей был намного более энергоэффективным, чем традиционные системы, что позволяло использовать его в приложениях с батарейным питанием.
Sony также внесла некоторые изменения в концепцию Uniray, [15] представив ряд продуктов под торговой маркой «Indextron». Их первым продуктом стала проекционная телевизионная система FP-62 «Vidimagic». Трубка Indextron была настолько яркой, что могла напрямую проецировать увеличенное изображение на телевизор с фронтальной проекцией без необходимости использования трех отдельных трубок, что устраняло проблемы схождения. Вторая версия со встроенным видеомагнитофоном Betamax продавалась как PF-60. [16] Более известным применением был KVX-370, 4-дюймовый (100 мм) «прикроватный» телевизор со встроенным будильником. [17]
Sanyo использовала яркие изображения, полученные с помощью Index 1 30CTV1 1985 года [18], для создания трубки нового типа, получившей название «леденец». В нем использовалась электронная пушка, расположенная параллельно дисплею и выступающая вниз, а не назад. Цветное изображение было создано одним электронным лучом, проходящим через 3-дюймовый (76 мм) дисплей, толщину 42 мм в самой толстой точке, глубину корпуса всего 1,75 дюйма (44 мм) и высоту 9 дюймов (230 мм). Они продемонстрировали систему в небольшом телевизоре, похожем на Sony Watchman (1982) в 1985 году, и вывели его на рынок примерно в 1986 году.
Трубка с оптическим индексированием отображала изображения, освещая вертикальные полосы цветного люминофора, расположенные в красно-зелено-синем узоре. Для возбуждения полос использовалась одна электронная пушка , а сила луча модулировалась для получения разных цветов.
За каждым шаблоном RGB следовала одна полоса УФ-люминофора на внутренней стороне трубки, где свет не был виден зрителю. Свет, излучаемый этой полосой, улавливался фотоумножителем или фотодиодом на внешней стороне трубки, который был расположен над прозрачным окном на поверхности трубки. Сигнал с фотоумножителя усиливался и подавался в схему декодера цвета.
Декодер цвета электрически вычитал сигнал фотоумножителя из существующего сигнала цветовой синхронизации. Это приводило к разнице фаз, которая ускоряла или замедляла модуляцию одиночного луча. Таким образом, даже если луч продвигался слишком быстро или слишком медленно, индексная система корректировала время на лету, чтобы обеспечить получение правильных цветов. Чтобы получить сигнал, достаточно сильный для индексации, луч нужно было постоянно оставлять включенным, что снижало контрастность по сравнению с обычными трубками, поскольку некоторое количество света все равно должно было излучаться, чтобы электронный луч мог отслеживаться фотодиоды.
Индексно-лучевая трубка имеет некоторое сходство с двумя другими типами телевизионных трубок, в которых вместо точек или сеток также использовались вертикальные полосы цветного люминофора. Хроматрон использовал два набора тонких проводов, подвешенных за областью дисплея, чтобы электрически сфокусировать свой единственный луч: один набор проводов тянул луч в красную сторону, а другой - в синюю . Сетки были выровнены таким образом, чтобы луч обычно фокусировался на зеленой полосе посередине, но, изменяя относительное напряжение между ними, луч мог точно попадать на цветные полосы. На практике провода было трудно поддерживать на одной линии с люминофорами, и они излучали электрический шум, который мешал работе радиоприемников в телевизионных приложениях. Он нашел некоторое применение в военных целях, в том числе в коммерческом телевидении в Yaou, Sony 19C 70 и Sony KV 7010U.
Другая похожая конструкция — Trinitron , сочетающая в себе вертикальные полосы лучевой индексной и хроматронной трубок с новым однопучковым трехлучевым катодом и апертурной решеткой вместо теневой маски. Результатом стала конструкция с механической простотой конструкции теневой маски и яркими изображениями системы индексации луча. Trinitron был основным продуктом Sony в течение нескольких десятилетий, представляя собой высшую точку среди обычных цветных телевизионных дисплеев до широкого внедрения плазменных дисплеев и ЖК - телевизоров в 21 веке.
{{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )