クロマトロンは、ノーベル賞受賞者のアーネスト・ローレンスによって発明され、パラマウント・ピクチャーズ、ソニー、リットン・インダストリーズなどによって商業的に開発されたカラーテレビの ブラウン管です。クロマトロンは、シャドウマスクを用いた従来のカラーテレビシステムよりも明るい画像を提供しましたが、開発上の多くの問題により、長年の開発にもかかわらず広く普及することはありませんでした。ソニーは最終的にクロマトロンを放棄し、絞りグリルを用いた有名なトリニトロンシステムを採用しました。
歴史
カラーテレビ
カラーテレビは商業放送が普及する以前から研究されていましたが、この問題が真剣に検討されたのは1940年代後半になってからでした。当時、赤、緑、青（RGB）の信号をそれぞれ独立して順次送信するシステムがいくつか提案されていました。ほとんどのシステムは、従来の白黒テレビブラウン管の前で回転するカラーフィルター（または「カラーゲル」）を用いて、フレーム全体を順次送信していました。これらのシステムは色ごとに別々の信号を送信していたため、既存の白黒テレビとは互換性がありませんでした。また、機械式フィルターのせいで、非常に高いリフレッシュレートを使用しない限り、画面がちらつくという問題もありました。こうした問題にもかかわらず、米国連邦通信委員会（FCC）は1950年、CBSが提案した144フレーム/秒の順次フレーム方式をカラー放送の標準として採用しました。 [1]
RCAは全く異なる方法で動作し、輝度・色差システムを採用しました。このシステムはRGB信号を直接符号化・伝送するのではなく、これらの色を「輝度」という一つの全体的な明るさの数値に統合しました。輝度は既存の放送の白黒信号とほぼ一致し、既存のテレビで表示できました。これは、他のグループが提案していた機械的なシステムに対する大きな利点でした。その後、色情報は別途符号化され、高周波変調として信号に組み入れられ、複合ビデオ信号が生成されました。白黒テレビでは、この追加情報は画像の輝度のわずかなランダム化として認識され、ぼやけて見えるだけでした。しかし、既存のテレビの解像度が限られていたため、実際には見えませんでした。カラーテレビでは、信号が抽出され、RGBにデコードされて表示されます。
RCAのシステムは大きな利点を持っていたものの、適切な表示管の製造が困難だったため、開発は成功しませんでした。白黒テレビは連続信号を使用し、管には蛍光体を均一に塗布することができました。RCAのシステムでは、色は線に沿って絶えず変化しており、その変化は機械式フィルターでは追従できないほど速すぎました。代わりに、蛍光体を色の点の離散的なパターンに分解する必要がありました。これらの小さな点のそれぞれに適切な信号を集束させることは、当時の電子銃の能力を超えていました。RCAの初期の実験では、3管式プロジェクター、つまり「トリニスコープ」として知られるミラーベースのシステムが使用されました。[2]
シャドウマスク
RCAは、シャドウマスクの導入によって、カラー画像の表示という問題を解決しました。シャドウマスクは、小さな穴がフォトエッチングで刻まれた薄いアルミニウム板で、ブラウン管の前面のすぐ後ろに設置されます。三角形に配置された3つの電子銃がすべて穴に向けられます。ビームの端にある迷走電子はシャドウマスクによって遮断され、スクリーン上の単色の蛍光体に当たるのに十分なほど小さく、鋭く焦点が絞られたスポットが作られます。それぞれの電子銃がわずかに異なる角度から穴に向けられたため、ブラウン管上の蛍光体のスポットは重なり合うことなくわずかに離れることができました。
この方式の欠点は、ガンのパワーが一定であっても、シャドウマスクが信号の大部分を遮断してしまうことだった。スクリーン上で信号が重ならないようにするためには、ドットを分離し、表面の約25%を覆う必要があった。その結果、非常に暗い画像となり、実用的な画像を提供するためにはより大きなパワーが必要になった。さらに、この方式は3つのガン間のビームの相対角度に大きく依存しており、ガンが正しい色を照射するようにユーザーが絶えず調整する必要があった。それにもかかわらず、RCA方式の技術的優位性はCBS方式を圧倒的に上回り、1953年に新しいNTSC規格として採用された。この新規格を用いた最初の放送は、1954年元旦にNBCがトーナメント・オブ・ローズ・パレードを放送した時であった。[3]
テレビの定期放送開始からわずか数年という早いスタートにもかかわらず、カラーテレビの消費者への普及は非常に遅々として進みませんでした。薄暗い画像、頻繁な調整、そして高額な価格が、カラーテレビをニッチな市場へと押し上げました。消費者の受け入れが低かったため、カラー番組の放送は不足し、卵が先か鶏が先かという状況で、カラーテレビの需要はさらに減少しました。1960年のアメリカ合衆国では、カラーテレビは総販売台数50台につきわずか1台しか売れませんでした。[4]
クロマトロン
1939年のノーベル賞受賞者で、カリフォルニア大学バークレー校の教授であり、サイクロトロンの父として知られるアーネスト・ローレンスは、 1951年に色彩復号化問題に対する新たな解決策の特許を取得した。「クロマトロン」または単に「ローレンス管」と呼ばれるこのシステムは、RCAの機械的解決策に代わる電子焦点合わせシステムを採用していた。[5]このシステムは、蛍光体スクリーンの約1⁄2インチ後方に配置された一連の細い金属ワイヤまたはプレートで構成されていた。ワイヤはビームを電気的に焦点合わせし、垂直の縞模様に配置された適切な蛍光体上にビームを曲げるために使用された。当時のシャドウマスクは約25%を覆っていたが、蛍光体はスクリーン面積の50%以上を覆っていた。これにより、同じ電力ではるかに明るい画像が得られるようになった。
各集束素子は、一対のワイヤと、蛍光体の背面にコーティングされた導電性アルミニウムで構成されていました。スクリーンは通常、ワイヤとアルミニウムの間に3000～4500Vの電位で帯電し、グリッドとスクリーンの間に湾曲した電界を形成します。電子銃からの電子ビームがグリッドとスクリーンの間の領域に入ると、加速され、小さな点に集束され、通常は緑色の蛍光体に当たります。各ペアの2本のワイヤ間の相対電圧を変化させることで、ビームは一方向または他方向に曲げられ、色を制御することができました。シャドウマスクとは異なり、すべての信号が最終的にスクリーンに到達するため、消費電力はさらに削減されました。[6]
クロミナンス信号が欠落している場合、または意図的に無視されている場合は、集光システムを切り離し、その電力を銃に供給しました。これにより、わずかに強く焦点の定まっていないビームが生成され、3つのカラーストリップすべてに照射され、白黒画像が生成されました。[6] ストリップ間のスペースにより、画像全体の明るさは従来の白黒セットと同程度でした。シャドウマスクセットでは、白黒画像を生成するために3つの銃すべてに電力を供給する必要があり、カラースポットが小さいため、非常に高い電力が必要でした。
スクリーン近傍集束方式のもう一つの利点は、電子ビームが集束器の背後でどのような角度にあっても、管のフェースプレート上の蛍光体に直角に当たるように曲げられることです。これにより、従来の管よりもはるかに高い偏向角（一般的な45度ではなく72度）でクロマトロン管を製造できるようになりました。そのため、クロマトロン管は、水平方向のサイズに対して奥行きがはるかに小さくなりました。[6]
クロマトロンにはいくつかの欠点もあった。一つは、グリッドと管後部の電子銃によってもたらされる加速の間には根本的な比率があったことである。グリッドがビームをうまく制御できるようにするためには、グリッドが全体の電力のかなりの割合を占める必要があった。しかし残念なことに、グリッドの機械的なレイアウトにより、グリッドの電圧は約5000V以下に制限され、その結果、電子銃の電圧も8000V程度の比較的低い電圧に制限された。そのため、クロマトロン全体の電力は従来の管よりも低く、その本来の明るさがある程度相殺されていた。[7]
より切実な懸念は、グリッドの機械的なレイアウトでした。細いワイヤーを画面上の色の帯と一直線に保つことが、デザインの最大の弱点であることが判明しました。
商業開発
カリフォルニア大学バークレー校は、開発資金を提供したパラマウント映画社と提携し、このシステムを商業的に開発するために「クロマティック・テレビジョン・ラボラトリーズ」を設立しました。彼らは1952年と1953年に、表示領域が14インチ×11インチの22インチ試作型ブラウン管「PDF 22-4」の生産を開始しました。
実際には、この設計には重大な問題があることが判明した。焦点合わせシステムが正しい色を生成するためにビームを素早く動かす必要があったため、非常に高い電圧と電力を使用する必要があり、アーク放電の問題や無線周波数（RF）ノイズが発生した。約50ワットのRF電力をワイヤに加えて電子ビームを偏向させ、正しい色のストライプに向ける必要があった。[8]後者は特にテレビの基盤として使用した場合に、放送を受信するラジオ受信機にノイズが干渉するため厄介であった。最終的に大学はクロマトロンへの関心を断念したが、パラマウントは編集中にフィルムを映し出すシステムとして開発を継続したため、RFノイズは問題にならなかった。開発は1960年代初頭にソニーに買収されてもまだ続いていた。
これらの問題にもかかわらず、クロマトロンシステムの将来性は非常に高く、1950年代を通して多くの企業が開発を続けました。放射線の問題は、蛍光体ストライプから配線を遠ざけることで解決されました。これにより静電容量が低減し、駆動電力の要件が大幅に削減されました。その後、蛍光体ピッチの拡大に対応するため、配線の直径も縮小されました。さらに、3つのビデオアンプの出力は、必要なタイミングで各RGBストライプに色情報を伝達するように切り替えました。つまり、3つの色段階をキー操作する方式です。後に、ジェネラル・カラーネトロンもこの方式を採用しました。後継のクロマトロン管では、明るさと残光のバランスを最適化するために、様々な色の蛍光体を試しました。最終的に、グリッドコイルからの残留放射線を低減するために、ベルの外側にかなり大きな銅製の箱、つまりケージが取り付けられました。干渉は見られず、生成された画像は、目に見える縞模様や横縞がなく、かなり良好で見やすいと評されました。クロマトロンの設計は、他の様々な用途にもライセンス供与されました。リットン インダストリーズは、敵味方識別システムの基盤として、2 色ディスプレイ (青と赤) を備えたクロマトロンを使用しました。
ソニーの試み
1961年までにソニーは白黒テレビの大手メーカーとなっていたものの、カラーテレビ技術は全く持っていませんでした。ソニーの販売店はカラーテレビの発売時期を尋ね、営業部門は技術部門に、他社からシャドウマスクの設計ライセンスを取得して生産を開始するよう圧力をかけ始めました。しかし、井深 大はこれを拒否しました。シャドウマスクの設計には根本的な欠陥があるという強い個人的な思いを表明したようです。[4]
1961年3月、井深、盛田昭夫、木原信敏はニューヨーク・コロシアムで開催されたIEEEトレードショーに参加した。木原にとって初めての米国訪問となり、彼は展示会場を歩き回ってかなりの時間を費やした。オートメトリック社の小さなブースでクロマトロンが展示されているのを見つけ、盛田と井深に見せるために急いで駆けつけた。展示を見た盛田はすぐに翌朝、マンハッタンのクロマティック研究所を訪問するための打ち合わせを始めた。[9]翌日の打ち合わせが終わる頃には、盛田は「クロマトロン管とそれを用いたカラーテレビ受信機」の製造ライセンスを取得していた。[10]
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1963年初頭、宮岡千里はソニーへの技術移転を手配するためクロマティック研究所に派遣されました。この移転はクロマティック研究所の閉鎖につながりました。彼は研究所に強い不満を抱き、窓のない地下室を「汚らしい」と評しました。[11]アメリカのチームはすぐにクロマトロンの設計上の欠陥を指摘し、宮岡にその設計は絶望的だと告げました。1964年9月までに17インチの試作機が日本で完成しましたが、量産テストでは深刻な問題が露呈しました。
井深は依然としてこの技術の忠実な支持者であり、東京・大崎駅近くに新工場の建設を進めた。しかし、これは賢明な選択ではなかった。初期の生産では、1,000本のブラウン管のうち、使えるのはわずか1～3本だった。残りは、画面上で色が少しずつ薄れていくというアライメントの問題を抱えており、ブラウン管を封入した後では修正不可能だった。使用可能なブラウン管は、歩留まりが低いにもかかわらず、すぐにソニーのショールームに送られ、井深はこの製品をソニーの最重要販売品とした。しかし、これもまた賢明な選択ではなかった。歩留まりが低いため、製造コストは約40万円にもなったが、ソニーは競争力をつけるために19万8000円（500ドル）で販売せざるを得なかった。[11]
生産上の問題は解決されず、井深と盛田の間の緊張は高まっていった。1966年11月、岩間和夫は吉田進に対し、会社は破綻寸前であり、年末までに歩留まりを改善しなければ製品を中止せざるを得ないと告げた。一方、RCAはシャドウマスク技術の改良に大きく前進し、ゼネラル・エレクトリックの「ポータカラー」といった新規参入企業も他の優位性を示していた。ソニーはクロマトロン方式を踏襲することで、明らかに市場から後れを取っていた。[12]
井深はついに、自らが代替システムの探索を率いることを表明した。30名のエンジニアと物理学者からなる彼のチームは、ソニー独自のシステムを求めて様々なアプローチを模索した。いくつかの報告書を読んだ後、井深は29歳の物理学者、宮岡と吉田をオフィスに呼び、彼の単銃方式が実現可能かどうか尋ねた。宮岡はチェロのリハーサルのために仕事を抜け出そうとしており、軽率にも「うまくいく」と断言した。こうして誕生したのが、かの有名なトリニトロンシステムであり、1968年に発売され、大きな反響を得た。[13]
限定販売
米国で最初のトリニトロンテレビが販売される前に、7インチクロマトロンが限定数製造され、1968年4月からKV 7010Uとして米国で販売されました。これは約3か月後にKV 7010UAトリニトロン管に置き換えられました。[1]
Sony KV 7010U CRT では、シャドウマスクやアパーチャグリルの代わりに、新しく発明されたトリニトロン銃と Chromatron PDA ワイヤグリッドを組み合わせて使用しました。
説明
クロマトロンの基本コンセプトは、スクリーン近傍の焦点合わせシステムでした。このシステムは、個々の色蛍光体ストリップを正確に照射するために必要なビーム解像度を提供しました。グリッドは信号を焦点合わせするだけでなく、正しい色へと導きました。
蛍光体は管の背面に2ミル幅の帯状にシルクスクリーン印刷され、間隔も2ミル幅で、スクリーンの導電性を高めるためにアルミニウムでコーティングされていました。グリッドには比較的高い電圧をかける必要があったため、アルミニウムコーティングはかなり厚くなり、画像が多少暗くなっていました。
蛍光体はRGB-BGR-RGBのパターンで配列されていました。集光グリッドは、ビームが通常、各配線ペアの中央にある緑のストリップに焦点を合わせるように配置されていました。異なる色、例えば青を生成するには、ビームを1つのピクセルでは右に、次のピクセルでは左に引く必要があります。隣接する蛍光体のストライプは1本の配線を共有しているため、1つの電圧設定で隣接する2つのピクセルに青色が生成されます。カラーテレビの1フレームは単一の色で構成されていないため、ビームが画面上を移動するにつれて、偏向システムを継続的に変化させる必要がありました。
参照
注記
[1]
参考文献
引用
- ^ Ed Reitan、「CBSフィールドシーケンシャルカラーシステム」、Wayback Machineで2010年1月5日にアーカイブ、1997年8月24日
- ^ Ed Reitan、「RCA Dot Sequential Color System」、Wayback Machineで2010年1月7日にアーカイブ、1997年8月28日
- ^ ジャック・グールド、「テレビ評論：NBCカラー」、ニューヨーク・タイムズ、1954年1月4日
- ^ ソニー、42ページ。
- ^ 陰極線特許。
- ^ abc 要約.
- ^ 歴史
- ^ 「クロマトロンCRT」。
- ^ ソニーはクロマティックテレビを「オートメトリックラボラトリーズ」と呼んでいますが、他の参考文献ではこの名前は言及されていません。
- ^ ソニー、43ページ
- ^ ソニー、44ページ。
- ^ ソニー、45ページ
- ^ ソニー、48ページ
参考文献
- ジョン・ネイサン著『ソニー：プライベートライフ』ホートン・ミフリン・ハーコート、2001年、ISBN 0-618-12694-5
- セルゲイ・シューチャック、「1951年9月27日の研究進捗会議の要約」、UCRL-1563、カリフォルニア大学放射線研究所、1951年11月14日、pp. 2–4
- ミルトン・カウフマンとハリー・トーマス、「カラーテレビ入門」、テイラー＆フランシス
- エドワード・W・ヘロルド、「カラー受像管の歴史と発展」、情報ディスプレイ協会紀要、第15巻第4号（1974年8月）、141～149頁
特許
- 米国特許2,692,532「陰極線集束装置」、アーンスト・O・ローレンス、
カリフォルニア大学/クロマティックテレビジョン研究所（クロマトロンのオリジナル特許） - 米国特許2,866,094「対称-非対称信号変換回路」、ホフマン・エレクトロニクス
- 米国特許3,368,105「保護時間遅延手段を用いたブラウン管用高電圧電源システム」、ソニー
さらに読む
- 「これがカラーテレビ：記録を見て未来を予測する」TVガイド、1953年6月26日～7月2日、5～7ページ
- マーク・ヘイヤーとアル・ピンスキー、「ハロルド・B・ローとのインタビュー」、IEEE歴史センター、1975年7月15日
- ソニー クロマトロン KV 7010U
- 「モデル PDF-22-4」、Chromatic Labs パンフレット
- 「ローレンス実験型 CH-22」、トーマスエレクトロニクスのパンフレット（15GP22 も掲載）
- 「モデル PDF-10-1X」、Litton Industries のパンフレット
