Penetron

Penetron , förkortning för penetration tube , är en typ av TV med begränsad färg som används i vissa militära tillämpningar. Till skillnad från en vanlig färg-TV producerar penetronen ett begränsat färgomfång , vanligtvis två färger och deras kombination. Penetroner och andra militära katodstrålerör (CRT) har ersatts av LCD-skärmar i modern design.

Historia

Grundläggande tv

En konventionell svartvit TV (B&W) använder ett rör som är jämnt belagt med en fosfor på insidan. När den exciteras av höghastighetselektroner avger fosforn ljus, vanligtvis vitt, men andra färger används också under vissa omständigheter . En elektronpistol på baksidan av röret ger en stråle av höghastighetselektroner, och en uppsättning elektromagneter anordnade nära pistolen gör att strålen kan flyttas runt skärmen. TV-signalen skickas som en serie ränder, som var och en visas som en separat rad på displayen. Styrkan på signalen ökar eller minskar strömmen i strålen, vilket ger ljusa eller mörka punkter på skärmen när strålen sveper över röret.

I en färgdisplay ersätts den enhetliga beläggningen av vit fosfor av prickar eller linjer med tre färgade fosforer, som producerar rött, grönt eller blått ljus (RGB) när det exciteras. Dessa primära färger blandas i det mänskliga ögat för att producera en enda skenbar färg. Detta utgör ett problem för konventionella elektronkanoner, som inte kan fokuseras eller placeras tillräckligt exakt för att träffa dessa mycket mindre individuella mönster. Ett antal företag arbetade på olika lösningar på detta problem i slutet av 1940-talet, med hjälp av tre separata rör eller en enda vit utgång med färgade filter placerade framför sig. Inget av dessa visade sig vara praktiskt och detta var ett område av stort utvecklingsintresse.

Penetron

Penetronen designades i original av Koller och Williams när de arbetade på General Electric (GE). Det utvecklades ursprungligen som ett nytt sätt att bygga en färg-TV med en pistol med enkelheten hos en konventionell svartvittsapparat. Liksom B&W-röret använde det en enhetlig beläggning av fosfor på skärmen med en enkel elektronpistol baktill. Fosforbeläggningen appliceras dock i tre lager av olika färger, röd på insidan närmast pistolen, sedan grön och blå på utsidan närmast framsidan av röret. Färger valdes genom att öka kraften hos elektronstrålen, vilket gjorde att elektronerna kunde strömma genom alla lägre lager för att nå rätt färg.

I en konventionell uppsättning används spänning för att styra bildens ljusstyrka, inte dess färg, något som den nya designen också var tvungen att uppnå. I penetronen används även spänning för att välja färg. För att möta dessa konkurrerande behov tillhandahölls färgvalet av en extern mekanism. Pistolen modulerades av spänning som den skulle vara i ett svartvitt set, med ökande effekt som producerade en ljusare fläck på skärmen. En uppsättning fina trådar placerade bakom skärmen gav sedan extra energi som behövdes för att välja ett visst färgskikt. Eftersom fosforerna var relativt opaka krävde systemet mycket höga accelerationsspänningar, mellan 25 och 40 kV. En förbättrad version introducerades som använde transparenta fosforskikt och tunna isolerande skikt mellan dem som minskade de erforderliga spänningarna. Dielektrikumet såg till att herrelösa elektroner, antingen avspänning från pistolerna eller sekundär emission från själva fosforerna, stoppades innan de nådde skärmen.

Penetronen var idealisk för användning med det tidiga CBS-sändningssystemet, som skickade färginformation som tre separata sekventiella ramar. CBS experimentella tv-apparater använde ett mekaniskt filter med tre färgsektioner som snurrade framför ett svartvitt-rör. Samma tidssignal användes i penetronen för att ändra spänningen hos färgvalsrutnätet till samma ände. Den låga kopplingshastigheten, 144 gånger i sekunden, gjorde att den växlande högspänningen inte var en stor källa till högfrekvent brus. Till skillnad från det mekaniska CBS-systemet hade penetronen inga rörliga delar, kunde byggas i vilken storlek som helst (vilket var svårt att göra med skivan) och hade inga problem med flimmer. Det representerade ett stort framsteg inom displayteknik.

NTSC

Det dröjde inte länge efter införandet av CBS:s system som ett nytt system introducerades av RCA som så småningom vann. Till skillnad från CBS:s fältsekventiella system kodade RCA färgen direkt för varje fläck på skärmen, ett system som kallas "dot-sequential". Fördelen med RCA-systemet var att den primära komponenten i signalen var mycket lik den svartvita signalen som användes på befintliga apparater, vilket innebar att miljontals svartvita tv-apparater skulle kunna ta emot den nya signalen medan nyare färguppsättningar kunde se dessa i antingen Svartvitt eller färg om den extra signalen tillhandahölls. Detta var en stor fördel jämfört med CBS-systemet, och en modifierad version valdes av NTSC som den nya färgstandarden 1953.

Den stora nackdelen var svårigheten att korrekt fokusera strålen på rätt färg, ett problem som RCA löste med deras skuggmasksystem . Skuggmasken är en tunn metallfolie med små hål fotoetsade i den, placerad så att hålen ligger direkt ovanför en triplett av färgade fosforprickar. Tre separata elektronkanoner är individuellt fokuserade på masken och sveper skärmen som vanligt. När balkarna passerar över ett av hålen, färdas de genom det, och eftersom kanonerna är åtskilda med ett litet avstånd från varandra på baksidan av röret, har varje stråle en liten vinkel när den färdas genom hålet. Fosforprickarna är arrangerade på skärmen så att strålarna bara träffar sin korrekta fosfor. För att säkerställa att hålen är i linje med prickarna, används masken för att skapa prickarna med hjälp av ljuskänsligt material.

Det nya sändningssystemet innebar ett allvarligt problem för penetronen. Signalen krävde att färgen skulle väljas vid höga hastigheter "i farten" när strålen ritades över skärmen. Detta innebar att högspänningsfärgvalsnätet måste växlas snabbt, vilket gav många problem, särskilt högfrekvent brus som fyllde det inre av röret och störde mottagarens elektronik. En annan modifiering infördes för att lösa detta problem, med hjälp av tre separata kanoner, var och en matad med en annan basspänning inställd för att träffa ett av lagren. I denna version krävdes ingen omkoppling, vilket eliminerade högfrekvent brus.

Att producera ett sådant system visade sig vara svårt i praktiken, och för hem-tv-användning introducerade GE istället sitt " Porta-Color "-system, en dramatisk förbättring av RCA:s skuggmasksystem. Andra utvecklare fortsatte att arbeta med det grundläggande systemet och försökte hitta sätt att lösa problemen med högfrekvensväxling, men ingen av dessa kom in i kommersiell produktion.

Används inom flygelektronik

För andra användningar kvarstod dock fördelarna med penetron. Även om det inte var väl lämpat för den punktsekventiella metoden för färgsändning, var det bara viktigt om man tog emot radiosändningar. För användningar där signalen kunde tillhandahållas i vilket format som helst, som i datorskärmar, förblev penetronen användbar. När en hel färgskala inte behövdes reducerades penetronens komplexitet ytterligare och den blev mycket attraktiv. Detta lånade ut den till anpassade applikationer som militär flygelektronik, där ingångssignalens karaktär inte var viktig och utvecklaren var fri att använda vilken signaleringsstil de ville.

I avionikrollen hade penetronen också andra fördelar. Dess användning av fosfor i lager istället för ränder innebar att den hade högre upplösning, tre gånger så stor som RCA-systemet. Detta var mycket användbart för radardisplay och IFF -system, där bilderna ofta överlagrades med textsignaler som krävde hög upplösning för att vara lättlästa. Dessutom, eftersom all signal nådde skärmen i en penetron, i motsats till 15 % av den i ett skuggmaskrör, var penetronen mycket ljusare för en given mängd kraft. Detta var en stor fördel i flygelektronikrollen där energibudgeten ofta var ganska begränsad, men ändå drabbades skärmarna ofta av direkt solljus och behövde vara mycket ljusa. Avsaknaden av skuggmasken innebar också att penetronen var mycket robustare mekaniskt och inte led av färgskiftningar under g-belastningar .

Penetroner användes från slutet av 1960-talet till mitten av 1980-talet, mest för radar- eller IFF-system där tvåfärgsskärmar (grön/röd/gul) vanligtvis användes. Förbättringar av konventionella skuggmasker tog bort de flesta av dess fördelar under denna period. Bättre fokusering gjorde att storleken på hålen i skuggmasken ökade i proportion till det ogenomskinliga området, vilket förbättrade skärmens ljusstyrka. Ljusstyrkan förbättrades ytterligare med introduktionen av nyare fosforer. Problem med doming åtgärdades genom att använda invar -skuggmasker som var mekaniskt robusta och fästa på röret med en stark metallram.

Andra användningsområden

Penetron-skärmar erbjöds också som tillval på vissa grafikterminaler , där höghastighetsfärgväxling inte krävdes och penetronens begränsade omfång inte var ett problem. IDI erbjöd sådana skärmar som ett alternativ för $8 000 på deras terminaler i IDIgraph- och IDIIOM-serien.

Tektronix, en stor tillverkare av oscilloskop, erbjöd en begränsad färgskala i några av sina CRT-oscilloskop, med hjälp av Penetron-typ teknologi.

Beskrivning

I de flesta versioner av penetronen har röret ett inre lager av rött och ett yttre lager av grönt, åtskilda av ett tunt dielektriskt lager. En komplett bild produceras genom att skanna två gånger, en gång med pistolen inställd på en lägre effekt som stoppas i det röda lagret, och sedan igen med en högre effekt som går genom det röda lagret och in i det gröna. Gul kan produceras genom att slå på samma plats på båda sveparna.

I en display där färgerna antingen är på eller av och olika ljusstyrkanivåer inte behöver skapas, kan systemet ytterligare förenklas genom att ta bort färgvalsrutnätet och modulera spänningen på själva elektronkanonen. Men detta orsakar också problem eftersom elektronerna kommer att nå skärmen snabbare när de accelereras med högre spänningar, vilket innebär att avlänkningssystemet måste ökas i effekt också för att säkerställa att skanningen skapar samma skärmstorlek och linjebredder på båda passagen.

Flera alternativa arrangemang av penetronen experimenterades på för att lösa detta problem. Ett vanligt försök använde en elektronmultiplikator vid rörytan istället för urvalsrutnätet. I detta system användes en avsökningsstråle med låg energi, och magneter ställdes in för att få elektronerna att träffa multiplikatorernas sidor. En dusch av högre energielektroner skulle sedan frigöras och resa till de skiktade fosforerna i ett normalt penetronarrangemang. Det märktes senare att strålarna som emanerade från multiplikatorerna landade i ringar, vilket möjliggjorde ett nytt arrangemang av fosfor i koncentriska ringar istället för lager.

Den största fördelen med penetronen är att den saknar det mekaniska fokuseringssystemet hos en skuggmask-tv, vilket innebär att all strålenergi når skärmen. För varje given mängd effekt kommer penetronen att vara mycket ljusare, vanligtvis 85% ljusare. Detta är en stor fördel i en flygplansmiljö, där strömförsörjningen är begränsad men displayerna måste vara tillräckligt ljusa för att vara lätta att läsa även när de är direkt upplysta av solljus. Systemet är garanterat att producera rätt färger trots yttre störningar eller g-krafter vid manövrering – en mycket viktig egenskap i flygmiljöer. Penetronen erbjöd också högre upplösningar eftersom fosforn var kontinuerlig, i motsats till de små fläckarna i ett skuggmasksystem. Dessutom gör avsaknaden av skuggmasken penetronen mycket mer robust mekaniskt.

Sinclair experimenterade med en variant av denna teknik på sina tidiga fick-TV-skärmar, men kunde inte producera en RGB-version. Exempel på dessa rör finns som prototyper.

Citat

Bibliografi

  • OME1199E2 - s.216ff
  • OME1269E21 - s.220ff
  • TH8102E20 - s.159ff
  • TH8104E21 - s.165ff

Patent

  • US-patent 2 590 018 , "Produktion av färgade bilder", Louis Koller och Fred Williams/General Electric, inlämnat 24 oktober 1950, utfärdat 18 mars 1952
  • US-patent 2 958 002 , "Produktion av färgade bilder", Dominic Cusano och Frank Studer/General Electric, inlämnat 29 oktober 1954, utfärdat 25 oktober 1960
  • US-patent 2 827 593 , "High Purity Color Information Screen", Louis Koller/General Electric, inlämnad 29 april 1955, utfärdat 18 mars 1958
  • US-patent 2 992 349 , "Field Enhanced Luminescent System", Dominic Cusano/General Electric, inlämnat 24 oktober 1957, utfärdat 11 juli 1961
  • US-patent 4 612 483 , "Penetron färgdisplayrör med kanalplattelektronmultiplikator", Derek Washington/Philips Electronics, inlämnad 22 september 1983, utfärdat 16 september 1986

Se även

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Penetron&oldid=1094893895 "