Пенетрон - Penetron

В пенетрон, Короче для проникающая трубка, это тип ограниченного цвета телевидение используется в некоторых военных приложениях. В отличие от обычного цветной телевизор пенетрон производит ограниченное цветовая гамма, как правило, два цвета и их сочетание. Пенетроны и другие военные. электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) были заменены на ЖК-дисплеи в современном дизайне.

История

Базовое телевидение

В обычном черно-белом телевизоре (Ч / Б) используется трубка, равномерно покрытая люминофор на внутренней стороне лица. При возбуждении от высокой скорости электроны люминофор излучает свет, обычно белый, но в некоторых случаях используются и другие цвета. An электронная пушка в задней части трубки предусмотрен пучок высокоскоростных электронов, а также набор электромагниты расположенные рядом с пушкой, позволяют перемещать луч по дисплею. Телевизионный сигнал передается в виде серии полос, каждая из которых отображается на дисплее отдельной строкой. Сила сигнала увеличивает или уменьшает ток в луче, создавая яркие или темные точки на дисплее, когда луч проходит через трубку.

На цветном дисплее равномерное покрытие из белого люминофора заменяется точками или линиями из трех цветных люминофоров, которые при возбуждении создают красный, зеленый или синий свет (RGB). Эти основные цвета смешать в человеческом глазу, чтобы произвести единственный видимый цвет. Это представляет проблему для обычных электронных пушек, которые нельзя сфокусировать или расположить достаточно точно, чтобы поразить эти гораздо более мелкие отдельные узоры. Ряд компаний работали над различными решениями этой проблемы в конце 1940-х годов, используя три отдельные лампы или одну белую лампу с цветными фильтрами, расположенными перед ней. Ни один из них не оказался практичным, и это было областью значительного интереса разработчиков.

Пенетрон

Пенетрон был первоначально разработан Коллером и Вильямсом во время работы в General Electric (GE).[1] Первоначально он был разработан как новый способ создания цветного телевизора с одним пистолетом с простотой обычного черно-белого телевизора. Как и в лампе B&W, на дисплее использовалось равномерное покрытие люминофора с одной электронной пушкой сзади. Однако люминофорное покрытие наносится в три слоя разных цветов: красный внутри, ближайший к пистолету, затем зеленый, и синий, снаружи, ближайший к передней поверхности трубки. Цвета выбирались путем увеличения мощности электронного луча, что позволяло электронам проходить через любые нижние слои для достижения нужного цвета.

В обычном наборе напряжение используется для управления яркостью изображения, а не его цветом, чего и должен был добиться новый дизайн. В пенетроне для выбора цвета также используется напряжение. Чтобы удовлетворить эти конкурирующие потребности, выбор цвета был обеспечен внешним механизмом. Пистолет модулировался напряжением, как это было бы в черно-белой установке, с увеличением мощности, приводящей к более яркому пятну на экране. Набор тонких проводов, помещенных за экраном, обеспечивал дополнительную энергию, необходимую для выбора определенного цветового слоя. Поскольку люминофоры были относительно непрозрачными, система требовала очень высоких ускоряющих напряжений, от 25 до 40 кВ. Была представлена ​​улучшенная версия, в которой использовались прозрачные слои люминофора и тонкие изолирующие слои между ними, что уменьшало требуемые напряжения.[2] Диэлектрик гарантировал, что паразитные электроны либо отключены от пушки, либо вторичная эмиссия от самих люминофоров, были остановлены прежде, чем они достигли экрана.

Пенетрон идеально подходил для использования с ранней системой вещания системы CBS, которая отправляла информацию о цвете в виде трех отдельных последовательных кадров. В экспериментальных телевизорах CBS использовался механический фильтр с тремя цветными секциями, вращающимися перед черно-белой трубкой. Тот же самый синхронизирующий сигнал использовался в пенетроне для изменения напряжения сетки выбора цвета с той же целью. Низкая частота переключения, 144 раза в секунду, означала, что изменение высокого напряжения не было основным источником высокочастотного шума. В отличие от механической системы CBS, пенетрон не имел движущихся частей, мог быть построен любого размера (что было трудно сделать с диском) и не имел проблем с мерцанием. Это был большой шаг вперед в технологии отображения.

NTSC

Вскоре после внедрения системы CBS RCA представила новую систему, которая в конечном итоге победила. В отличие от системы последовательной передачи полей CBS, RCA напрямую кодирует цвет для каждого пятна на экране, система, известная как «последовательная точка». Преимущество системы RCA состояло в том, что основной компонент сигнала был очень похож на черно-белый сигнал, используемый на существующих телевизорах, а это означало, что миллионы черно-белых телевизоров могли принимать новый сигнал, в то время как более новые наборы цветов могли видеть его в любом из них. Ч / б или цвет, если был предоставлен этот дополнительный сигнал. Это было огромным преимуществом перед системой CBS, и модифицированная версия была выбрана NTSC в качестве нового стандарта цвета в 1953 году.

Основным недостатком была сложность правильной фокусировки луча на правильный цвет, проблема RCA решила с их помощью. теневая маска система. Теневая маска представляет собой тонкую металлическую фольгу с небольшими отверстиями, нанесенными на нее фототравлением и расположенными так, чтобы отверстия лежали прямо над одной тройкой точек цветного люминофора. Три отдельные электронные пушки индивидуально фокусируются на маске, перемещая экран как обычно. Когда лучи проходят через одно из отверстий, они проходят через него, и, поскольку пистолеты разделены на небольшое расстояние друг от друга на задней части трубки, каждый луч имеет небольшой угол, когда проходит через отверстие. Точки люминофора расположены на экране таким образом, что лучи попадают только в нужный люминофор. Чтобы отверстия совпадали с точками, маска используется для создания точек с использованием светочувствительного материала.

Новая система вещания представляла серьезную проблему для пенетрона. Сигнал требовал, чтобы цвет выбирался на высоких скоростях «на лету», когда луч проходил по экрану. Это означало, что сетка выбора цвета высокого напряжения должна была быстро переключаться, что представляло множество проблем, в частности высокочастотный шум, который заполнял внутреннюю часть трубки и мешал электронике приемника. Другая модификация была внесена для решения этой проблемы с использованием трех отдельных пушек, на каждую из которых подается разное базовое напряжение, настроенное на попадание в один из слоев. В этой версии переключения не требовалось, что устраняет высокочастотный шум.

Создание такой системы на практике оказалось трудным, и для домашнего телевидения GE вместо этого представила свой "Porta-Color "Система теневой маски RCA кардинально улучшена. Другие разработчики продолжали работать с базовой системой, пытаясь найти способы решения проблем переключения высоких частот, но ни одна из них не вошла в коммерческое производство.

Использование в авионике

Однако для других целей преимущества пенетрона остались. Хотя он не очень подходил для метода цветного вещания с последовательностью точек, это было важно только в том случае, если кто-то принимал радиопередачи. Пенетрон оставался полезным для применений, где сигнал мог быть предоставлен в любом необходимом формате, например, в компьютерных дисплеях. Когда полная цветовая гамма не требовалась, сложность пенетрона была еще больше уменьшена, и он стал очень привлекательным. Это предоставило его таким специализированным приложениям, как военная авионика, где природа входного сигнала не имела значения, и разработчик мог свободно использовать любой стиль сигнализации, какой пожелал.[3]

В роли авионики пенетрон имел и другие преимущества. Использование люминофоров слоями вместо полос означало, что он имел более высокое разрешение, в три раза больше, чем у системы RCA. Это было очень полезно для радар дисплей и МКФ системы, в которых изображения часто накладывались текстовыми подсказками, которые требовали высокого разрешения, чтобы их можно было легко прочитать. Кроме того, поскольку весь сигнал достигал экрана в пенетроне, в отличие от 15% в трубке с теневой маской, при любой заданной мощности пенетрон был намного ярче. Это было серьезным преимуществом при использовании авионики, где энергопотребление часто было весьма ограниченным, но при этом на дисплеи часто попадал прямой солнечный свет, и они должны были быть очень яркими. Отсутствие теневой маски также означало, что пенетрон был более прочным механически и не страдал от смещения цвета под перегрузки.[3]

Пенетроны использовались с конца 1960-х до середины 1980-х годов, в основном для радаров или систем IFF, где обычно использовались двухцветные дисплеи (зеленый / красный / желтый). Улучшения в обычных теневых масках устранили большую часть ее преимуществ в этот период. Лучшая фокусировка позволила увеличить размер отверстий в теневой маске пропорционально непрозрачной области, что улучшило яркость дисплея. Яркость была еще больше улучшена с введением новых люминофоров. Проблемы с куполом решались за счет использования инвар теневые маски, которые были механически прочными и прикреплялись к трубке с помощью прочного металлического каркаса.[4]

Другое использование

Дисплеи Penetron также предлагались в качестве опции на некоторых графические терминалы, где не требовалось высокоскоростное переключение цвета, а ограниченная гамма пенетрона не вызывала беспокойства. IDI предлагала такие дисплеи за 8000 долларов на своих терминалах серий IDIgraph и IDIIOM.[5]

Tektronix, крупный производитель осциллографов, предлагал ограниченную цветовую гамму в некоторых из своих осциллографов с ЭЛТ, используя технологию типа Penetron.

Описание

В большинстве версий пенетрона трубка имеет внутренний слой красного цвета и внешний слой зеленого цвета, разделенные тонким диэлектрическим слоем. Полное изображение создается путем двукратного сканирования: один раз при установке пистолета на более низкую мощность, которая останавливается в красном слое, а затем снова при более высокой мощности, которая проходит через красный слой в зеленый. Желтый цвет может быть получен путем попадания в одно и то же место на обоих проходах.

На дисплее, где цвета либо включены, либо выключены и не требуется создавать различные уровни яркости, систему можно дополнительно упростить, удалив сетку выбора цвета и модулируя напряжение самой электронной пушки. Однако это также вызывает проблемы, потому что электроны будут достигать экрана быстрее при ускорении с помощью более высоких напряжений, а это означает, что необходимо увеличить мощность отклоняющей системы, а также гарантировать, что сканирование создает одинаковый размер экрана и ширину линий на обоих проходах.

Для решения этой проблемы были опробованы несколько альтернативных схем пенетрона. В одной из распространенных попыток вместо сетки выбора использовался электронный умножитель на торце трубки. В этой системе использовался сканирующий луч с низкой энергией, а магниты были настроены так, чтобы электроны ударяли по сторонам умножителей. Тогда поток электронов с более высокой энергией будет выпущен и переместится в слоистые люминофоры обычного пенетрона. Позже было замечено, что лучи, исходящие от умножителей, падали кольцами, что позволило по-новому расположить люминофор в концентрических кольцах вместо слоев.[6]

Основное преимущество пенетрона заключается в том, что в нем отсутствует механическая система фокусировки телевизора с теневой маской, что означает, что вся энергия луча достигает экрана. При любой заданной мощности пенетрон будет намного ярче, обычно на 85% ярче. Это главное преимущество в условиях самолета, где источник питания ограничен, но дисплеи должны быть достаточно яркими, чтобы их можно было легко читать даже при прямом освещении солнечным светом. Система гарантированно воспроизводит правильные цвета, несмотря на внешние помехи или перегрузки маневрирования - очень важное качество в авиационных условиях. Пенетрон также предлагал более высокое разрешение, потому что люминофор был сплошным, в отличие от небольших пятен в системе теневой маски. Кроме того, отсутствие теневой маски делает пенетрон более прочным механически.

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ 2,590,018
  2. ^ 2,958,002
  3. ^ а б Кокпит, стр. 165-166
  4. ^ История жизни, стр. 87
  5. ^ Machover, Карл (1972). «Терминалы компьютерной графики - взгляд назад». Весенняя совместная компьютерная конференция: 443–444.
  6. ^ 4,612,483

Библиография

Патенты

  • Патент США 2,590,018, «Производство цветных изображений», Луи Коллер и Фред Уильямс / General Electric, подана 24 октября 1950 г., опубликована 18 марта 1952 г.
  • Патент США 2,958,002, "Производство цветных изображений", Доминик Кузано и Фрэнк Штудер / General Electric, подана 29 октября 1954 г., опубликована 25 октября 1960 г.
  • Патент США 2,827,593, «Экран с информацией о цвете высокой чистоты», Louis Koller / General Electric, подана 29 апреля 1955 г., опубликована 18 марта 1958 г.
  • Патент США 2,992,349, "Полевая люминесцентная система", Доминик Кузано / Дженерал Электрик, подана 24 октября 1957 г., опубликована 11 июля 1961 г.
  • Патент США 4612483, «Цветная индикаторная трубка Penetron с электронным умножителем с канальной пластиной», Дерек Вашингтон / Philips Electronics, подана 22 сентября 1983 г., опубликована 16 сентября 1986 г.

Смотрите также