Beam-index rör

Strålindexröret är en design för färgtelevision katodstrålerör (CRT) som använder fosforränder och aktiv återkopplingstid, snarare än fosforprickar och en strålskuggningsmask som utvecklats av RCA . Strålindexering erbjöd mycket ljusare bilder än skuggmask-CRT, vilket minskade strömförbrukningen, och eftersom de använde en enstaka elektronpistol snarare än tre, var de lättare att bygga och krävde inga justeringar.

Philco ledde utvecklingen av strålindexeringskonceptet i en serie experimentella enheter som de kallade Apple-röret . Trots långvarig utveckling lyckades de aldrig tillverka ett kostnadseffektivt indexeringsrör och övergav så småningom konceptet. Det stora problemet var kostnaden för indexeringselektroniken, som i senare modeller krävde ett dyrt fotomultiplikatorrör .

Nya detektorer och transistorbaserad elektronik ledde till att systemet återinfördes som Uniray på 1970-talet. Den var mycket konkurrenskraftig i pristermer, men konkurrerade mot kraftigt förbättrade skuggmaskdesigner och den nya Trinitron . Flera japanska företag använde Uniray för en mängd olika specialändamål, den mest kända är Sony Indextron- serien. Systemet såg också en del militär användning, på grund av dess låga känslighet för magnetisk störning, och vid sådan användning i Storbritannien var det känt som Zebra-röret .

Historia

Tidiga färg-CRTs

I konventionella svartvita (B&W) TV-apparater har CRT-skärmen en enhetlig beläggning av fosfor som avger vitt ljus när den träffas av elektroner . Strålen från en elektronkanon på baksidan av röret avböjes (oftast) av de varierande fälten från magnetspolar så att den kan riktas var som helst på skärmen. Elektroniska kretsar som kallas tidsbasgeneratorer drar strålen över röret och nedåt, vilket skapar det skanningsmönster som används i tv-signaler. En amplitudmodulerad signal används för att styra strålströmmen och styra ljusstyrkan när den dras över skärmen. [ citat behövs ]

Färg-tv är baserad på användning av fosforer av de tre additiva primärfärgerna (röd, grön och blå, RGB). För att få en rimlig upplösning som liknar den för en svartvit uppsättning, måste fosforerna avsättas i mycket små prickar eller ränder. En elektronpistol på baksidan av röret kan inte fokuseras tillräckligt hårt för att bara träffa en enda fosforfärg om den fosforn är så liten som önskat. Något sekundärt system måste användas för att omfokusera strålen.

RCA löste till slut detta problem med en skuggmask . I detta system riktas tre separata elektronkanoner var och en från olika riktningar på en plats precis bakom skärmen. Där används en metallplatta med mycket små hål för att omfokusera strålen. Eftersom strålarna träffar plattan i olika inkommande vinklar separeras de igen på den bortre sidan av plattan och träffar de individuella prickarna av färgfosfor. Nackdelen med detta tillvägagångssätt är att plattan också skär av större delen av strålen, så mycket som 85 % av den, vilket leder till låg bildljusstyrka. Det krävdes också tre elektronkanoner, vilket drev upp priset på röret och att hålla pistolerna i korrekt linje med masken var ett konstant problem.

Ett antal lösningar försöktes som använde en enda elektronpistol och något slags elektriskt eller magnetiskt fält mycket nära skärmen för att ge samma resultat som skuggmasken. RCA arbetade på ett system med laddade ledningar som drog strålarna något mot dem, med ränder av färgade fosforer bakom dem. Problemet var att ledningarna måste placeras väldigt nära varandra för att ge den upplösning som krävs, samtidigt som de strömförs med höga spänningar för att ge tillräckligt med avböjning. Detta gjorde det mycket svårt att hålla signalerna från att läcka från tråd till tråd. Utvecklingen övergavs när skuggmasken visade sig vara framgångsrik.

Ernest Lawrence utvecklade ett liknande system känt som Chromatron som använde ett rutnät av fina ledningar bakom skärmen för att elektriskt avleda strålen, men det led av samma grundläggande problem som RCA:s tillvägagångssätt. Trots år av utveckling var det ingen som kunde producera en kommersiellt gångbar version. Sonys försök att producera en praktisk Chromatron inspirerade utvecklingen av deras Trinitron -system.

Äppelrör

Enkelkanonsystem som Chromatron skapar färg genom att snabbt variera strålens intensitet för att justera ljusstyrkan för varje färgkomponent och sedan använda ett andra system för att säkerställa att den momentana signalen hamnar på rätt fosfor. Strålindexröret använder en alternativ lösning som gör att strålen kan skanna normalt som i en svartvit TV utan något sekundärt fokuseringssystem, och istället snabbt varierar strålens intensitet när den vet att den är över rätt färg. För att göra detta kräver röret ett sätt att exakt tidsätta strålens passage längs röret, med tillräcklig noggrannhet för att säkerställa att rätt färg träffas.

Philcos inställning till problemet med att korrekt indexera strålen i förhållande till fosforerna förlitade sig på processen med sekundär emission , där höghastighetselektroner kommer att dra in elektroner från omgivande material, vilket skapar en puls av ytterligare ström. Till skillnad från skuggmasken, där små prickar av fosfor används, använde äppelröret vertikala färgränder mönstrade över röret. Det mest grundläggande indexeringskonceptet använder en fjärde remsa av fosfor mellan intilliggande RGB-ränder som avger ljus som inte kan ses av ögat, men som kan ses av elektroniken i TV:n.

Flera olika arrangemang av komponenter, material och elektronik användes när man undersökte detta tillvägagångssätt under en tioårig utvecklingsperiod, under större delen av tiden hölls det hemligt. Det vanligaste systemet, som först visades offentligt 1956, använde ränder av magnesiumoxid avsatt på baksidan av aluminium som indexeringssystem. För att säkerställa att elektroniken hade tillräckligt med tid för att svara på indexeringssignalen och justera färgen, genererades en separat "pilotstråle" från pistolen och placerades för att leda den huvudsakliga "skrivstrålen" ett litet avstånd inuti röret. När indexeringsstrålen träffade magnesiumoxiden avgavs en skur av elektroner, som samlades upp av en ledande beläggning av kol avsatt på insidan av röret. Pilotstrålen med låg effekt hade precis tillräckligt med kraft för att svagt belysa röret till en precis synlig jämn bakgrundsintensitet.

Eftersom både pilot- och skrivstrålarna träffar indexränderna, skulle två signaler genereras när strålarna svepte över röret. För att särskilja dem modulerades pilotstrålen med en varierande signal tidsinställd så att den hade maximal effekt endast när den skulle befinna sig på den ungefärliga platsen för indexremsorna. Frekvensen för den modulerande signalen var en funktion av rörets geometri; på ett 21-tums rör placerades indexränderna 0,51 tum från varandra, ett enda horisontellt svep tar cirka 53 mikrosekunder, så signalen måste moduleras vid 7,4 MHz.

Den ursprungliga moduleringssignalen jämfördes sedan med den förstärkta retursignalen från den sekundära emissionsprocessen, vilket gav en nettoutgång som varierade i fas med skillnaden i position mellan strålens beräknade och verkliga position. Denna fassignal skickades sedan in i den konventionella färgavkodaren och justerade färgen i farten. Skrivstrålen, placerad för att svepa mellanrummen mellan indexen medan pilotstrålen var på dem, tog emot chroma-signalen så att dess effekt modulerades för att producera rätt mängder färg när den var ovanpå dessa ränder. När den nådde indexremsan skulle pilotens modulerande signal vara på sitt minimum, och den starka signal som avges av skrivstrålen skulle helt enkelt ignoreras.

För att säkerställa att pilot- och skrivstrålarnas placering förblev så konstant som möjligt använde äppelröret ett unikt elektronkanonarrangemang. Strålarna producerades från en enda anod och två nära åtskilda katoder, vilket resulterade i att strålarna rörde sig i något olika riktningar. De var sedan magnetiskt fokuserade så att de korsade vid en punkt precis framför elektronkanonerna, där en enkelslitsöppning användes för att rensa upp signalen för att producera ett skarpkantat elliptiskt strålmönster. Avböjningsspolarna var placerade runt öppningen, så genom att låta båda strålarna passera avböjningsspolarna medan de var överlagrade, blev avböjningen av båda lika. Strålarna spreds sedan ut igen på den bortre sidan av bländaren, där ett andra fokuseringsarrangemang säkerställde att båda rörde sig parallellt med varandra.

Elektronerna som emitterades från indexränderna hade låg effekt och färdades därför med låg hastighet till upptagningspunkten vid en "knapp" på baksidan av röret. Eftersom färdtiden var en betydande faktor, måste tidpunkten för fasjämförelsen justeras när strålen svepte rörets yta – vid sidorna av röret var elektronerna nära rörupptagningen, men när strålarna var i i mitten av röret hade de längre sträcka att resa. Ytterligare tidskretsar behövdes för att ta hänsyn till detta.

Att bygga äppelrörets elektronik visade sig vara svårt. Den snabba responsen som behövdes för att justera färgsignalen baserat på indexet var svår att bygga med hjälp av erans rörbaserade elektronik, och systemets elektronik var mycket dyrare än konventionella skuggmaskuppsättningar. Deras demonstrationsenhet hade åtta fler rör än ett liknande skuggmasksystem, vilket vid den tiden representerade en betydande kostnad. Dessutom gav den sekundära emissionen ingen skarp signal, och överhörning mellan pilot- och skrivstrålarna var alltid ett problem.

Avancerat Apple

En annan lösning på indexeringsproblemet introducerades av David Goodman från New York University . Han ersatte elektronsändaren i Philco-designen med ett nytt material som avgav röntgenstrålar. Dessa togs emot av scintillatorer på baksidan av röret, bredvid kanonerna. Eftersom ljushastigheten var oberoende av effekt och i huvudsak omedelbar jämfört med den timing som behövdes för indexeringen, tillät den nya designen att eliminera de komplexa tidskretsarna i den ursprungliga designen.

Med tanke på alla de problem som äppelröret hade, antog Philcos ingenjörer designen som det "avancerade äppelröret". Deras version använde ett nytt material som gav ut ultraviolett ljus i stället för röntgenstrålar och ersatte scintillatorerna med ett enda fotomultiplikatorrör . Ljusblixtarna som avges av indexränderna förstärktes av fotomultiplikatorn och skickades sedan in i färgavkodaren som vanligt. Fördröjningar i själva tidskretsen togs hand om genom att något justerade positionen för indexränderna på röret. Detta eliminerade mycket av kretsen förknippad med indextimingen och ledde till ett billigare chassi. [ citat behövs ]

Men det introducerade också fotomultiplikatorn, ett komplext eget rör som vid den tiden fortfarande var i sin linda och relativt dyrt. Efter viss utveckling kunde företaget på ett tillförlitligt sätt producera avancerade apple-system, men produktionskostnaden var för hög på cirka 75 USD per tub (626 USD idag) och verktyg på 15 miljoner USD (133 miljoner USD idag) gjorde systemet oattraktivt.

Utvecklingen av systemet togs också upp av Sylvania och Thorn Electrical Industries i Storbritannien, som publicerade detaljer om vad de kallade "zebraröret" 1961. De var tydligen framgångsrika i sitt arbete, men eftersom ingen standard för färg-tv gjordes ansträngningar. Framsteg i Storbritannien vid den tiden, kom inga kommersiella versioner från denna utveckling heller.

Uniray

Efter att Philco gav upp apple-systemet köptes rättigheterna av en av ingenjörerna, David Sunstein. Efter många år återinförde han den avancerade äppeldesignen som Uniray. Införandet av lågkostnadsfotodioder förändrade dramatiskt komplexiteten och kostnadsekvationerna för det avancerade apple-indexeringssystemet, och introduktionen av allt-i-ett-tidsystem implementerade som integrerade kretsar gjorde samma sak på chassisidan av systemet. Det som en gång var en användbar men opraktisk enhet blev kostnadseffektiv i början av 1970-talet.

Sunstein producerade en prototyp av Uniray-system med ett original Philco-rör och ny elektronik, och började shoppa runt på konceptet 1972. Det gjordes en del ansträngning för att licensiera systemet till japanska företag, av vilka de flesta hade licensierat skuggmasken från RCA och stod inför stelhet. konkurrens från Sonys nyintroducerade Trinitron- system. Flera företag startade utvecklingen av Uniray-baserade tv-apparater under det senare 1970-talet, och flera olika produkter introducerades under 1980-talet.

Eftersom strålindexeringen justerade strålens position när strålen skannade över röret, hade externa magnetfält liten effekt på bilden. Detta gjorde systemet särskilt användbart för flygelektronikskärmar där systemen var utsatta för kraftiga störningar från omgivande utrustning. Rockwell International fick patent 1978 på denna användning. Ferranti i Storbritannien erbjöd också ett 4 x 3-tums strålindexrör som kartbild i Panavia Tornado -uppgraderingen i mitten av livet.

Hitachi startade utvecklingen av det avancerade apple-systemet för TV-användning, men använde det istället för mycket mer begränsade tillämpningar. Den enda utbredda användningen var i färgsökarna till handhållna videobandspelare , som först introducerades 1983 i en 1½ tums form. Avvisandet av störningar från det närliggande roterande magnetiska inspelningshuvudet gjorde en färgsökare praktisk. Den enda pistolen och ljusare bilder för varje given pistoleffektnivå innebar också att den indexerade displayen var mycket mer energieffektiv än konventionella system, vilket gjorde att den kunde användas i batteridrivna applikationer.

Sony gjorde också en del utveckling med Uniray-konceptet och introducerade en rad produkter under varumärket "Indextron". Deras första produkt var FP-62 "Vidimagic" projektions-tv-system. Indextron-röret var så ljust att det direkt kunde projicera en förstorad bild i en frontprojektions-TV utan behov av tre separata rör, vilket eliminerade konvergensproblem. En andra version med inbyggd Betamax VCR såldes som PF-60. En mer känd applikation var KVX-370, en 4-tums "sängbords"-TV med en inbyggd väckarklocka.

Sanyo använde de ljusa bilderna som producerades av Index 1 30CTV1 från 1985 https://visions4netjournal.com/indextron/ för att göra en ny stil av tub med smeknamnet "klubban". Den använde en elektronpistol som var anordnad parallellt med displayen och sträckte sig nedåt istället för bakåt. Färgbilden skapades av en enda elektronstråle indexerad över 3-tumsskärmen, 42 mm på dess tjockaste punkt, skåpet endast 1,75 tum djupt och 9 tum högt. De demonstrerade systemet i en liten tv som liknar Sony Watchman (1982) 1985 och lanserade det på marknaden omkring 1986.

Beskrivning

Det optiskt indexerade röret visade bilder genom att lysa upp vertikala ränder av färgad fosfor arrangerade i ett röd-grön-blått mönster. En enkel elektronpistol användes för att excitera ränderna, och strålstyrkan moduleras för att producera olika färger.

Varje RGB-mönster följdes av en enda remsa av UV-fosfor på insidan av röret, där ljuset inte var synligt för betraktaren. Ljus som gavs ut av denna remsa fångades upp av ett fotomultiplikatorrör eller en fotodiod på utsidan av röret som var placerad över ett klart fönster i rörytan. Signalen från fotomultiplikatorn förstärktes och sändes in i färgavkodarkretsen.

Färgavkodaren subtraherade elektriskt signalen från fotomultiplikatorn från den existerande färgburstsignalen. Detta resulterade i en fasskillnad som förlängde eller fördröjde moduleringen av den enda strålen. På detta sätt, även om strålen gick framåt för snabbt eller för långsamt, skulle indexsystemet justera timingen i farten för att säkerställa att rätt färger produceras. För att ta emot en signal som är tillräckligt stark för att indexera med, behövde strålen vara påslagen hela tiden, vilket minskade kontrastförhållandet i förhållande till konventionella rör, eftersom en del ljus fortfarande måste sändas ut för att elektronstrålen skulle kunna spåras av fotodioder.

Strålindexröret har viss likhet med två andra typer av TV-rör som också använde vertikala ränder av färgad fosfor istället för prickar eller rutnät. Chromatron använde två uppsättningar av fina trådar som hängde bakom displayområdet för att elektriskt fokusera sin enda stråle, en uppsättning trådar drog strålen mot den röda sidan och den andra mot den blå . Gallren var inriktade så att strålen normalt skulle fokusera på den gröna remsan i mitten, men genom att variera den relativa spänningen mellan de två kunde strålen träffa de färgade ränderna exakt. I praktiken var ledningarna svåra att hålla i linje med fosforerna och gav ifrån sig elektriskt brus som störde radiomottagarna i en tv-applikation. Det sågs en del användning i militära miljöer, inklusive viss kommersiell tv-användning i Yaou, Sony 19C 70 och Sony KV 7010U.

Den andra liknande designen är Trinitron , som kombinerade de vertikala ränderna på strålindex- och Chromatron-rören med en ny enkanon tre-stråle katod och ett bländargaller istället för en skuggmask. Resultatet blev en design med den mekaniska enkelheten hos skuggmaskdesignen och de ljusa bilderna av strålindexsystemet. Trinitron var en viktig produkt för Sony under flera decennier, och representerade höjdpunkten för konventionella färg-TV-skärmar [ citat behövs ] fram till den utbredda introduktionen av plasmaskärmar och LCD- TV-apparater på 2000-talet.

Anteckningar

Bibliografi

Patent

  • US-patent 2 307 188 , "Television System", Alda Bedford/RCA, inlämnad 30 november 1940, utfärdat 5 januari 1943
  • US-patent 2 752 418 , "Color Television Indexing System", Richard Clapp/Philco, inlämnad 3 november 1953, utfärdat 26 juni 1956
  • US-patent 2 910 615 , "Photoelectric Control System for Color Television Receivers", Stephen Moulton et al./Philco, inlämnad 31 maj 1955, utfärdat 27 oktober 1959
  • US-patent 4 159 484 , "Multi-color, single gun, single grid/cathode beam index CRT display system", Lyle Strathman/Rockwell International, inlämnad 1 maj 1978, utfärdad 26 juni 1979
  • US-patent 4 232 332 , "Color television receiver", Akira Toyama et al./Sony, inlämnad 22 december 1978, utfärdat 4 november 1980
  • US patent 4 333 105 , "Beam-indexing color television receiver", Masaro Kaku et al./Hitachi, inlämnad 20 augusti 1980, utfärdat 1 juni 1982

Vidare läsning

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Beam-index_tube&oldid=1104563381 "