Трубка с индексом луча представляет собой конструкцию цветной телевизионной электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), использующую фосфорные полосы и активную обратную связь, а не фосфорные точки и маску затенения луча , разработанную RCA . Индексация луча давала гораздо более яркие изображения, чем ЭЛТ с теневой маской, снижая энергопотребление, и поскольку они использовали одну электронную пушку вместо трех, их было проще построить, и они не требовали юстировки.
Philco возглавила разработку концепции индексации пучка в серии экспериментальных устройств, которые они назвали Apple tube . Несмотря на длительную разработку, им так и не удалось изготовить конкурентоспособную по цене индексирующую трубку, и в конечном итоге они отказались от этой концепции. Основной проблемой была стоимость индексирующей электроники, которая в более поздних моделях требовала дорогостоящую фотоумножительную трубку .
Новые детекторы и транзисторная электроника привели к тому, что система была повторно представлена как Uniray в 1970-х годах. Она была весьма конкурентоспособной по цене, но конкурировала с значительно улучшенными конструкциями теневых масок и новым Trinitron . Несколько японских компаний использовали Uniray для различных специальных целей, наиболее известной из которых была серия Sony Indextron . Система также нашла некоторое военное применение из-за своей низкой чувствительности к магнитным помехам, и в таком использовании в Великобритании она была известна как трубка Zebra .
В обычных черно-белых (B&W) телевизорах экран ЭЛТ имеет равномерное покрытие из фосфора , который излучает белый свет при попадании электронов . Луч от электронной пушки в задней части трубки отклоняется (чаще всего) переменными полями от магнитных катушек, поэтому его можно направить в любую точку экрана. Электронные схемы, известные как генераторы временной развертки, тянут луч по трубке и вниз, создавая сканирующий рисунок, используемый в телевизионных сигналах. Амплитудно-модулированный сигнал используется для управления током луча, контролируя яркость при его прохождении по экрану. [ необходима цитата ]
Цветные телевизоры основаны на использовании фосфоров трех основных аддитивных цветов (красный, зеленый и синий, RGB). Для того чтобы получить разумное разрешение, подобное разрешению черно-белого телевизора, фосфоры должны быть нанесены очень маленькими точками или полосками. Электронная пушка в задней части трубки не может быть сфокусирована достаточно плотно, чтобы поразить только один цвет фосфора, если этот фосфор 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 направлений на точку сразу за экраном. Там для перефокусировки луча используется металлическая пластина с очень маленькими отверстиями. Поскольку лучи попадают на пластину под разными входными углами, они снова разделяются на дальней стороне пластины, поражая отдельные точки цветного люминофора. Недостатком этого подхода является то, что пластина также отсекает большую часть луча, до 85%, что приводит к низкой яркости изображения. Также требовалось три электронные пушки, что увеличивало стоимость трубки, а поддержание правильного выравнивания пушек с маской было постоянной проблемой.
Было предпринято несколько попыток решения, 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 полосками цветного люминофора за ними. Проблема заключалась в том, что провода должны были располагаться очень близко друг к другу, чтобы обеспечить требуемое разрешение, и в то же время питаться высоким напряжением, чтобы обеспечить достаточное отклонение. Это очень затрудняло предотвращение утечки сигналов с провода на провод. Разработка была прекращена, когда теневая маска оказалась успешной.
Эрнест Лоуренс разработал похожую систему, известную как Chromatron , которая использовала сетку из тонких проводов позади экрана для электрического отклонения луча, но она страдала от той же базовой проблемы, что и подход RCA. Несмотря на годы разработки, никто не смог создать коммерчески жизнеспособную версию. Попытка Sony создать практичный Chromatron вдохновила на разработку их системы Trinitron .
Системы с одним орудием, 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 попадает на правильный люминофор. Трубка с индексом луча использует альтернативное решение, которое позволяет лучу нормально сканировать, как в черно-белом телевизоре без вторичной фокусирующей системы, и вместо этого быстро изменяет интенсивность луча, когда он знает, что находится над правильным цветом. Для этого трубке требуется какой-то способ точного времени прохождения луча по трубке с достаточной точностью, чтобы гарантировать попадание нужного цвета.
Подход Philco к проблеме правильной индексации луча относительно люминофоров основывался на процессе вторичной эмиссии , где высокоскоростные электроны будут увлекать электроны из окружающего материала, создавая импульс дополнительного тока. В отличие от теневой маски, где используются небольшие точки люминофора, в трубке Apple использовались вертикальные полосы цвета, нанесенные поперек трубки. Самая простая концепция индексации использует четвертую полосу люминофора между соседними полосами RGB, которая излучает свет, который не виден глазу, но может быть виден электроникой в телевизоре. [1]
Несколько различных расположений компонентов, материалов и электроники использовались при исследовании этого подхода в течение десятилетнего периода разработки, в течение которого он держался в секрете. Наиболее распространенная система, впервые публично продемонстрированная в 1956 году, использовала полосы оксида магния, нанесенные на заднюю часть алюминия, в качестве индексирующей системы. Для того чтобы гарантировать, что электроника имеет достаточно времени, чтобы отреагировать на индексирующий сигнал и отрегулировать цвет, из пушки был сгенерирован отдельный «пилотный луч», который был расположен так, чтобы вести основной «пишущий луч» на небольшое расстояние внутри трубки. Когда индексирующий луч попадал на оксид магния, испускался поток электронов, которые собирались проводящим покрытием углерода, нанесенным на внутреннюю часть трубки. Маломощный пилотный луч имел как раз достаточно мощности, чтобы тускло освещать трубку до едва видимой равномерной фоновой интенсивности. [1]
Поскольку и пилотный, и записывающий лучи попадали на индексные полосы, при прохождении лучей по трубке генерировалось два сигнала. Чтобы различать их, пилотный луч модулировался изменяющимся сигналом, рассчитанным так, чтобы он достигал максимальной мощности только тогда, когда он находился приблизительно в месте расположения индексных полосок. Частота модулирующего сигнала зависела от геометрии трубки; на 21-дюймовой (530 мм) трубке индексные полосы располагались на расстоянии 0,51 дюйма (13 мм) друг от друга, одна горизонтальная развертка занимала около 53 микросекунд, поэтому сигнал приходилось модулировать на частоте 7,4 МГц. [2]
Затем исходный модулирующий сигнал сравнивался с усиленным обратным сигналом от процесса вторичной эмиссии, создавая чистый выходной сигнал, который изменялся по фазе на разницу в положении между расчетным и реальным положением луча. Затем этот фазовый сигнал отправлялся в обычный декодер цвета, корректируя цветность на лету. Пишущий луч, расположенный так, чтобы охватывать промежутки между индексами, пока пилотный луч был на них, получал сигнал цветности так, что его мощность модулировалась для получения правильного количества цвета, когда он находился поверх этих полос. К тому времени, как он достигал индексной полосы, модулирующий сигнал пилота был на своем минимуме, а сильный сигнал, издаваемый записывающим лучом, просто игнорировался. [2]
Чтобы гарантировать, что расположение пилотного и записывающего лучей оставалось как можно более постоянным, в трубке Apple использовалась уникальная конструкция электронной пушки. Лучи создавались одним анодом и двумя близко расположенными катодами, в результате чего лучи двигались в немного разных направлениях. Затем они фокусировались магнитным способом, чтобы пересекаться в точке прямо перед электронными пушками, где использовалась однощелевая апертура для очистки сигнала и получения эллиптической диаграммы направленности с острыми краями. Отклоняющие катушки располагались вокруг апертуры, поэтому, когда оба луча проходили мимо отклоняющих катушек при наложении, отклонение обоих было одинаковым. Затем лучи снова расходились на дальней стороне апертуры, где второе фокусирующее устройство обеспечивало их параллельное движение друг другу. [2]
Электроны, испускаемые индексными полосками, были маломощными и, таким образом, перемещались с низкой скоростью к точке захвата на «кнопке» на задней стороне трубки. Поскольку время перемещения было существенным фактором, синхронизацию сравнения фаз приходилось корректировать по мере того, как луч проходил по поверхности трубки – по бокам трубки электроны находились близко к точке захвата трубки, но когда лучи находились в середине трубки, им приходилось проходить большее расстояние. Для учета этого требовалась дополнительная схема синхронизации. [1]
На самом деле, создание электроники для яблочной трубки оказалось сложным. Быстрое реагирование, необходимое для регулировки цветового сигнала на основе индекса, было трудно реализовать с использованием электроники на основе трубок той эпохи, а электроника системы была намного дороже обычных наборов теневых масок. Их демонстрационный блок имел на восемь трубок больше, чем аналогичная система теневых масок, что в то время представляло собой значительную стоимость. [2] Кроме того, вторичная эмиссия не обеспечивала 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 электронный излучатель конструкции Philco новым материалом, который испускал рентгеновские лучи. Они принимались сцинтилляторами в задней части трубки, рядом с пушками. [3] Поскольку скорость света не зависела от мощности и была по существу мгновенной по сравнению с требуемым для индексации временем, новая конструкция позволила исключить сложную схему синхронизации оригинальной конструкции.
Учитывая все проблемы, с которыми сталкивалась трубка Apple, инженеры Philco приняли конструкцию как «усовершенствованную трубку Apple». Их версия использовала новый материал, который испускал ультрафиолетовый свет вместо рентгеновских лучей, и заменила сцинтилляторы одной фотоумножительной трубкой . Вспышки света, испускаемые индексными полосками, усиливались фотоумножителем, а затем отправлялись в цветовой декодер как обычно. [4] Задержки в самой схеме синхронизации были устранены путем небольшой регулировки положения индексных полосок на трубке. Это устранило большую часть схемы, связанной с индексной синхронизацией, и привело к более дешевому шасси. [ необходима цитата ]
Однако она также представила фотоумножитель, сложную собственную трубку, которая в то время все еще находилась в зачаточном состоянии и была относительно дорогой. После некоторой разработки компания смогла надежно производить передовые системы Apple, но стоимость производства была слишком высокой и составляла около 75 долларов за трубку (704 доллара сегодня), а инструментарий стоил 15 миллионов долларов (149 миллионов долларов сегодня), что делало систему непривлекательной. [5]
Разработка системы была также подхвачена компаниями Sylvania и Thorn Electrical Industries в Великобритании, которые опубликовали подробности о том, что они назвали «трубкой Zebra» в 1961 году. [6] Они, по-видимому, добились успеха в своей работе, но поскольку в то время в Великобритании не было никаких попыток создания стандарта цветного телевидения, никаких коммерческих версий этой разработки также не последовало. [7] [8]
После того, как Philco отказалась от системы Apple, права были куплены одним из инженеров, Дэвидом Санстейном. Спустя много лет он вновь представил усовершенствованный дизайн Apple как Uniray. Внедрение недорогих фотодиодов кардинально изменило уравнения сложности и стоимости усовершенствованной системы индексации Apple, а внедрение систем синхронизации «все в одном», реализованных в виде интегральных схем, сделало то же самое на стороне шасси системы. То, что когда-то было полезным, но непрактичным устройством, стало экономически эффективным к началу 1970-х годов. [9]
Санстейн создал прототип системы Uniray, используя оригинальную трубку Philco и новую электронику, и начал продавать эту концепцию в 1972 году. Были предприняты некоторые усилия по лицензированию системы японскими компаниями, большинство из которых лицензировали теневую маску у RCA и столкнулись с жесткой конкуренцией со стороны недавно представленной Sony системы Trinitron . [9] Несколько компаний начали разработку телевизоров на базе Uniray в конце 1970-х годов, и в 1980-х годах было представлено несколько различных продуктов.
Поскольку индексация луча регулировала положение луча, когда луч сканировал трубку, внешние магнитные поля оказывали незначительное влияние на изображение. Это сделало систему особенно полезной для авиационных дисплеев, где системы подвергались сильным помехам от окружающего оборудования. [10] Rockwell International получила патент в 1978 году на такое использование. [11] Ferranti в Великобритании также предложила трубку индексации луча размером 4 на 3 дюйма (102 на 76 мм) в качестве картографического дисплея в обновлении Panavia Tornado в середине срока службы. [12]
Hitachi начала разработку усовершенствованной системы Apple для использования в телевизорах, [13] но вместо этого использовала ее для гораздо более ограниченных приложений. Единственное широко распространенное применение было в цветных видоискателях портативных видеомагнитофонов , впервые представленных в 1983 году в 1+ Форма 1 ⁄ 2 дюйма (38 мм). [14] Подавление помех от вращающейся магнитной записывающей головки поблизости сделало цветной видоискатель практичным. Одиночный пистолет и более яркие изображения для любого заданного уровня мощности пистолета также означали, что индексированный дисплей был намного более энергоэффективным, чем обычные системы, что позволяло использовать его в приложениях с питанием от батареи.
Sony также внесла некоторые изменения в концепцию Uniray, [15] представив ряд продуктов под торговой маркой «Indextron». Их первым продуктом была проекционная телевизионная система FP-62 «Vidimagic». Трубка Indextron была настолько яркой, что могла напрямую проецировать увеличенное изображение на телевизоре фронтальной проекции без необходимости в трех отдельных трубках, устраняя проблемы конвергенции. Вторая версия со встроенным видеомагнитофоном Betamax продавалась как PF-60. [16] Более известным приложением был KVX-370, 4-дюймовый (100 мм) «прикроватный» телевизор со встроенным будильником. [17]
Sanyo использовала яркие изображения, созданные Index 1 30CTV1 1985 года [18] , чтобы создать новый стиль трубки, прозванный «леденцом». Он использовал электронную пушку, расположенную параллельно дисплею, простирающуюся вниз, а не назад. Цветное изображение создавалось одним электронным лучом, индексированным по 3-дюймовому (76 мм) дисплею, 42 мм в самой толстой точке, корпус всего 1,75 дюйма (44 мм) в глубину и 9 дюймов (230 мм) в высоту. Они продемонстрировали систему в небольшом телевизоре, похожем на Sony Watchman (1982) в 1985 году и вывели его на рынок около 1986 года.
Оптически индексированная трубка отображала изображения, освещая вертикальные полосы цветного фосфора, расположенные в красно-зелено-синем узоре. Для возбуждения полос использовалась одна электронная пушка , а сила луча модулировалась для получения разных цветов.
За каждым рисунком RGB следовала одна полоска УФ-люминофора на внутренней поверхности трубки, где свет не был виден наблюдателю. Свет, испускаемый этой полоской, улавливался фотоумножительной трубкой или фотодиодом на внешней стороне трубки, которая была расположена над прозрачным окном на поверхности трубки. Сигнал от фотоумножителя усиливался и отправлялся в схему цветового декодера.
Цветовой декодер электрически вычитал сигнал от фотоумножителя из существующего сигнала цветовой вспышки. Это приводило к разнице фаз, которая ускоряла или замедляла модуляцию одного луча. Таким образом, даже если луч продвигался слишком быстро или слишком медленно, индексная система корректировала синхронизацию на лету, чтобы обеспечить получение правильных цветов. Чтобы получить сигнал, достаточно сильный для индексации, луч должен был оставаться включенным все время, что снижало коэффициент контрастности по сравнению с обычными трубками, поскольку для отслеживания электронного луча фотодиодами все равно приходилось излучать некоторое количество света.
Трубка с индексом луча имеет некоторое сходство с двумя другими типами телевизионных трубок, которые также использовали вертикальные полосы цветного люминофора вместо точек или сеток. Хроматрон использовал два набора тонких проводов, подвешенных за областью отображения, чтобы электрически фокусировать свой единственный луч, один набор проводов тянул луч к красной стороне, а другой к синей. Сетки были выровнены так, 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 удерживать выровненными с люминофорами, и они издавали электрический шум, который мешал радиоприемникам в телевизионном приложении. Он нашел некоторое применение в военных условиях, включая некоторое коммерческое использование телевидения в Yaou, Sony 19C 70 и Sony KV 7010U.
Другая похожая конструкция — Trinitron , которая объединила вертикальные полосы трубок индекса луча и хроматрона с новым однопушечным трехлучевым катодом и апертурной решеткой вместо теневой маски. Результатом стала конструкция 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 [ необходима цитата ] до широкого внедрения плазменных дисплеев и ЖК- телевизоров в 21 веке.
{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )