Cromatrón

El Chromatron es un diseño de tubo de rayos catódicos para televisión en color inventado por el premio Nobel Ernest Lawrence y desarrollado comercialmente por Paramount Pictures, Sony, Litton Industries y otros. El Chromatron ofrecía imágenes más brillantes que los sistemas de televisión en color convencionales que utilizaban una máscara de sombra, pero una serie de problemas de desarrollo impidieron que se utilizara ampliamente a pesar de años de desarrollo. Sony finalmente lo abandonó en favor de su famoso sistema Trinitron que utilizaba una rejilla de apertura.

La televisión en color ya se había estudiado antes de que se generalizara la radiodifusión comercial, pero recién a finales de los años 40 se empezó a considerar seriamente el problema. En esa época se proponían varios sistemas que utilizaban señales separadas de rojo, verde y azul (RGB), emitidas en sucesión. La mayoría de los sistemas transmitían fotogramas enteros en secuencia, con un filtro de color (o "gel de color") que rotaba delante de un tubo de televisión en blanco y negro convencional. Como transmitían señales separadas para los diferentes colores, todos estos sistemas eran incompatibles con los televisores en blanco y negro existentes. Otro problema era que el filtro mecánico hacía que parpadearan a menos que se utilizaran frecuencias de actualización muy altas. A pesar de estos problemas, la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (FCC) seleccionó un estándar de 144 fotogramas/s de la CBS como su estándar de transmisión en color en 1950. ^[1]

La RCA trabajaba de una forma completamente distinta, utilizando el sistema de luminancia-crominancia. Este sistema no codificaba ni transmitía directamente las señales RGB, sino que combinaba estos colores en una cifra de brillo global, la " luminancia ". La luminancia coincidía estrechamente con la señal en blanco y negro de las emisiones existentes, lo que permitía visualizarla en los televisores existentes. Esta era una gran ventaja sobre los sistemas mecánicos propuestos por otros grupos. La información de color se codificaba por separado y se incorporaba a la señal como una modificación de alta frecuencia para producir una señal de vídeo compuesta ; en un televisor en blanco y negro, esta información adicional se vería como una ligera aleatorización de la intensidad de la imagen y simplemente aparecería borrosa, pero la resolución limitada de los televisores existentes hacía que esto fuera invisible en la práctica. En los televisores en color, la señal se extraía, se decodificaba de nuevo en RGB y se mostraba.

Aunque el sistema de RCA tenía enormes ventajas, no se había desarrollado con éxito porque era difícil producir tubos de visualización adecuados. Los televisores en blanco y negro utilizaban una señal continua y el tubo podía recubrirse con una capa uniforme de fósforo. Con el sistema de RCA, el color cambiaba continuamente a lo largo de la línea, lo que era demasiado rápido para que cualquier tipo de filtro mecánico pudiera seguirlo. En cambio, el fósforo tenía que descomponerse en un patrón discreto de puntos de color. Enfocar la señal correcta en cada uno de estos pequeños puntos estaba más allá de la capacidad de los cañones de electrones de la época. Los primeros experimentos de RCA utilizaron proyectores de tres tubos, o sistemas basados ​​en espejos conocidos como " Triniscope ". ^[2]

RCA finalmente resolvió el problema de mostrar las imágenes en color con la introducción de la máscara de sombra . La máscara de sombra consiste en una fina lámina de aluminio con pequeños agujeros fotograbados en ella, colocada justo detrás de la superficie frontal del tubo de imagen. Tres cañones, dispuestos en un triángulo, apuntaban a los agujeros. Los electrones errantes en el borde del haz eran cortados por la máscara, creando un punto nítido y lo suficientemente pequeño como para golpear un único fósforo de color en la pantalla. Dado que cada uno de los cañones apuntaba al agujero desde un ángulo ligeramente diferente, los puntos de fósforo en el tubo podían separarse ligeramente para evitar la superposición.

La desventaja de este enfoque era que, para cualquier cantidad dada de potencia del cañón, la máscara de sombra filtraba la mayor parte de la señal. Para garantizar que no hubiera superposición de la señal en la pantalla, los puntos tenían que estar separados y cubrir quizás el 25% de su superficie. Esto daba lugar a imágenes muy tenues, lo que requería mucha más potencia para proporcionar una imagen útil. Además, el sistema dependía en gran medida de los ángulos relativos de los rayos entre los tres cañones, lo que requería un ajuste constante por parte del usuario para garantizar que los cañones alcanzaran los colores correctos. A pesar de esto, la superioridad técnica del sistema RCA era abrumadora en comparación con el sistema CBS, y fue seleccionado como el nuevo estándar NTSC en 1953. La primera transmisión que utilizó el nuevo estándar se produjo el día de Año Nuevo de 1954, cuando la NBC transmitió el Desfile del Torneo de las Rosas . ^[3]

A pesar de este comienzo temprano, sólo unos pocos años después de que se iniciara la transmisión regular de televisión, la adopción de televisores en color por parte de los consumidores fue muy lenta. Las imágenes borrosas, los ajustes constantes y los altos costos los habían mantenido en un nicho propio. La baja aceptación por parte de los consumidores condujo a una falta de programación en color, lo que redujo aún más la demanda de los aparatos, en una situación de la gallina y el huevo . En los Estados Unidos en 1960, sólo se vendió un aparato en color por cada 50 aparatos vendidos en total. ^[4]

En 1951, Ernest Lawrence , ganador del Premio Nobel en 1939 y profesor de la Universidad de California en Berkeley, mejor conocido como el padre del ciclotrón , patentó una nueva solución al problema de la decodificación de colores. Este sistema, el "Chromatron" o simplemente "Tubo Lawrence", utilizaba un sistema de enfoque electrónico en lugar de la solución mecánica de RCA. ^[5] El sistema consistía en una serie de cables o placas metálicas delgadas colocadas aproximadamente a 1 ⁄ 2 pulgada detrás de la pantalla de fósforo. Los cables se usaban para enfocar eléctricamente los rayos y doblarlos sobre los fósforos correctos, que estaban dispuestos en rayas verticales. El fósforo cubría más del 50% del área de la pantalla, mientras que las máscaras de sombra contemporáneas cubrían aproximadamente el 25%. Esto condujo a imágenes mucho más brillantes utilizando la misma cantidad de energía.

Cada elemento de enfoque constaba de un par de cables y un revestimiento de aluminio conductor en la parte posterior de los fósforos. La pantalla se cargaba normalmente con un potencial de 3000 a 4500 V entre los cables y el aluminio, lo que daba como resultado un campo eléctrico curvo entre la rejilla y la pantalla. Cuando el haz de electrones del cañón entraba en la región entre la rejilla y la pantalla, se aceleraba y se enfocaba hasta un punto diminuto, que normalmente incidía en el fósforo verde. Al variar el voltaje relativo entre los dos cables de cada par, el haz se desviaba en una u otra dirección, lo que permitía controlar el color. A diferencia de una máscara de sombra, toda la señal llegaba finalmente a la pantalla, lo que reducía aún más los requisitos de energía. ^[6]

Si la señal de crominancia faltaba o se ignoraba deliberadamente, se desconectaba el sistema de enfoque y se añadía potencia al cañón. Esto producía un haz ligeramente más fuerte y desenfocado, que incidía en las tres franjas de color y producía una imagen en blanco y negro. ^[6] Los espacios entre las franjas significaban que la imagen general sería casi tan brillante como un conjunto de blanco y negro convencional. Un conjunto de máscara de sombra requería que los tres cañones estuvieran encendidos para producir una imagen en blanco y negro, y dado que los puntos de color eran pequeños, su potencia tenía que ser muy alta.

Otra ventaja del enfoque cerca de la pantalla era que el haz de electrones se doblaba para alcanzar los fósforos de la placa frontal del tubo en ángulos rectos, sin importar cuál fuera el ángulo del haz detrás del enfocador. Esto permitió que los tubos se construyeran con ángulos de deflexión mucho mayores que los tubos convencionales: 72 grados en lugar de los 45 más habituales. Por lo tanto, los tubos Chromatron tenían mucha menos profundidad para cualquier tamaño horizontal dado. ^[6]

El Chromatron también tenía varias desventajas. Una de ellas era que existía una relación fundamental entre la aceleración proporcionada por la rejilla y el cañón de electrones en la parte posterior del tubo; para garantizar que la rejilla pudiera controlar con éxito el haz, tenía que tener una proporción significativa de la potencia total. Desafortunadamente, la disposición mecánica de la rejilla la limitaba a voltajes de aproximadamente 5000 V o menos, lo que a su vez limitaba el cañón de electrones a voltajes relativamente bajos en torno a los 8000 V. Por lo tanto, la potencia total en el Chromatron era menor que en los tubos convencionales, lo que contrarrestaba su brillo natural en cierto grado. ^[7]

La preocupación más urgente era la disposición mecánica de la cuadrícula. Lograr que los finos cables se mantuvieran alineados con las franjas de color en la pantalla resultó ser el talón de Aquiles del diseño .

La Universidad de California en Berkeley creó los "Laboratorios de Televisión Cromática" para desarrollar comercialmente el sistema, en asociación con Paramount Pictures, que proporcionó la financiación para el desarrollo. Comenzaron a producir los prototipos de tubos PDF 22-4 de 22 pulgadas en 1952 y 1953, con un área de visualización de 14 por 11 pulgadas.

En la práctica, el diseño demostró tener serios problemas. Como el sistema de enfoque tenía que mover rápidamente el haz para generar los colores correctos, se tenían que utilizar voltajes y potencias muy altas, lo que provocaba problemas de arcos eléctricos y ruido de radiofrecuencia (RF). Se tenían que aplicar alrededor de 50 vatios de potencia de RF a los cables para desviar el haz de electrones y dirigirlo a la franja de color correcta. ^[8] Esto último era especialmente molesto cuando se usaba como base de un televisor, ya que el ruido interfería con los receptores de radio que captaban las transmisiones. La Universidad finalmente abandonó su interés en Chromatron, pero Paramount continuó el desarrollo como un sistema para mostrar películas durante la edición, lo que significaba que el ruido de RF no presentaba un problema. El desarrollo aún continuaba a principios de la década de 1960 cuando Sony compró su trabajo.

A pesar de estos problemas, la promesa del sistema Chromatron era tan grande que varias compañías continuaron con el desarrollo del sistema durante la década de 1950. El problema de la radiación se resolvió colocando los cables más atrás de las franjas de fósforo, lo que redujo la capacitancia y redujo significativamente los requisitos de potencia de accionamiento. Más tarde, los diámetros de los cables se redujeron para adaptarse al mayor paso del fósforo. Además, la salida de los tres amplificadores de video cambiaba la información de color para que llegara a cada franja RGB en los momentos precisos requeridos. En otras palabras, una operación codificada de las tres etapas de color. Más tarde, el General Colornetron adoptó este enfoque. Los tubos Chromatron sucesores experimentaron con diferentes fósforos de color para obtener la combinación correcta de brillo y persistencia. Finalmente, se montó una caja o jaula de cobre bastante grande externamente a la campana para reducir la radiación restante de la bobina de rejilla. No se observó ninguna interferencia y las imágenes producidas se describieron como bastante decentes y visibles sin rayas ni vetas visibles. El diseño del Chromatron también fue autorizado para una variedad de otros usos; Litton Industries utilizó el Chromatron con una pantalla de dos colores (azul-rojo) como base para un sistema de identificación de amigo o enemigo .

En 1961, Sony era un importante fabricante japonés de televisores en blanco y negro, pero no tenía tecnología de televisión en color. Los distribuidores de Sony preguntaban cuándo podrían esperar un televisor en color, y la división de ventas comenzó a presionar al departamento de ingeniería para que simplemente obtuviera una licencia de un diseño de máscara de sombras de otro fabricante y comenzara la producción. Masaru Ibuka se negó, aparentemente mostrando un intenso sentimiento personal de que el diseño de la máscara de sombras tenía fallas fundamentales. ^[4]

En marzo de 1961, Ibuka, Akio Morita y Nobutoshi Kihara asistieron a la feria comercial IEEE en el New York Coliseum . Esta fue la primera visita de Kihara a los EE. UU. y pasó un tiempo considerable deambulando por el área de exhibición. En el pequeño stand de Autometric vio el Chromatron en exhibición y se apresuró a encontrar a Morita e Ibuka para mostrárselo. Cuando Morita vio la exhibición, inmediatamente comenzó a negociar una reunión para la mañana siguiente para visitar los laboratorios Chromatic en Manhattan. ^[9] Al final de la reunión del día siguiente, Morita había obtenido una licencia para producir "un tubo Chromatron y un receptor de televisión en color que lo utilizara". ^[10]

A principios de 1963, Senri Miyaoka fue enviado a los laboratorios de Chromatic para organizar la transferencia de la tecnología a Sony, lo que llevaría al cierre de Chromatic. No quedó impresionado con los laboratorios y describió el sótano sin ventanas como "suciedad". ^[11] El equipo estadounidense se apresuró a señalar los defectos en el diseño de Chromatron y le dijo a Miyaoka que el diseño era inútil. En septiembre de 1964, se había construido un prototipo de 17 pulgadas en Japón, pero las pruebas de producción en masa estaban demostrando serios problemas.

Ibuka siguió siendo un firme defensor de la tecnología y siguió adelante con la construcción de una nueva fábrica para producirlos cerca de la estación de Ōsaki en Tokio . Esto resultó imprudente; en las primeras tiradas solo se podían utilizar de 1 a 3 tubos de cada 1.000 producidos. El resto sufría problemas de alineación, con los colores desvaneciéndose de uno a otro en la pantalla, imposibles de arreglar después de que el tubo fuera sellado. Los tubos utilizables se enviaron rápidamente a las salas de exposición de Sony a pesar de los bajos rendimientos, e Ibuka convirtió el producto en la principal prioridad de ventas de Sony. Esto también resultó imprudente; los bajos rendimientos significaron que el costo de producción era de aproximadamente 400.000 yenes, pero Sony se vio obligada a venderlos a 198.000 yenes (500 dólares) para ser competitiva. ^[11]

Los problemas de producción nunca se resolvieron y llevaron a una creciente tensión entre Ibuka y Morita. En noviembre de 1966, Kazuo Iwama le dijo a Susumu Yoshida que la compañía estaba cerca de la ruina y que el equipo tenía que mejorar la producción para fin de año o el producto tendría que ser cancelado. Mientras tanto, RCA estaba haciendo grandes progresos en la mejora de su tecnología de máscara de sombras y nuevos participantes como el " Porta-Color " de General Electric ofrecían otras ventajas. Sony claramente se estaba quedando atrás del resto del mercado al seguir el enfoque Chromatron. ^[12]

Ibuka finalmente anunció que él personalmente lideraría la búsqueda de un sistema alternativo. Su equipo de 30 ingenieros y físicos exploró una amplia variedad de enfoques en la búsqueda de un sistema exclusivo de Sony. Después de leer varios de los informes, Ibuka llamó al físico Miyaoka, de 29 años, a su oficina junto con Yoshida, y le preguntó si su método de una sola pistola podría funcionar. Miyaoka estaba tratando de dejar el trabajo para un ensayo de violonchelo, y se apresuró a afirmar que funcionaría. El resultado fue el famoso sistema Trinitron , que salió a la venta en 1968 con gran éxito. ^[13]

Antes de la venta de los primeros televisores Trinitron en Estados Unidos, se construyó una cantidad limitada de Chromatrons de 7 pulgadas que se ofrecieron a la venta en ese país a partir de abril de 1968 con el nombre de KV 7010U. Estos fueron reemplazados unos tres meses después por el tubo Trinitron KV 7010UA. [1]

El CRT Sony KV 7010U utilizó el cañón Trinitron recientemente inventado combinado con la rejilla de alambre Chromatron PDA en lugar de una máscara de sombra o rejilla de apertura.

El concepto básico que definió al Chromatron fue el sistema de enfoque cerca de la pantalla, que proporcionaba la resolución del haz necesaria para alcanzar con precisión las tiras de fósforo de colores individuales. La rejilla enfocaba la señal y la guiaba hacia los colores correctos.

Los fósforos se serigrafiaron en la parte posterior del tubo en tiras de 2 milésimas de ancho con espacios de 2 milésimas de ancho entre ellas y luego se recubrieron con aluminio para que la pantalla fuera conductora. Dado que la rejilla debía cargarse a voltajes relativamente altos, el recubrimiento de aluminio era bastante grueso, lo que oscurecía la imagen hasta cierto punto.

Los fósforos se diseñaron siguiendo un patrón RGB-BGR-RGB. La rejilla de enfoque se alineó de modo que el haz se enfocara normalmente hacia abajo, sobre las franjas verdes en el medio de cada par de cables. Para producir colores diferentes, por ejemplo azul, el haz tendría que desplazarse hacia la derecha para un píxel y luego hacia la izquierda para el siguiente. Como las franjas adyacentes de fósforos compartían uno de los cables, esto significaba que un único ajuste de voltaje produciría el color azul en dos píxeles adyacentes. Como un único fotograma de un televisor en color no consta de un único color, el sistema de deflexión tenía que variarse continuamente a medida que el haz se movía por la pantalla.

• Tubo Geer , otro CRT de televisión en color antiguo que ya no se utiliza
• Máscara de sombra
• Rejilla de apertura

[1]

• Sony Chromatron KV 7010U