Por que os CRTs possuem três pistolas de elétrons?

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Eu estive pensando sobre isso por um tempo:

Como o fósforo permanecerá excitado por um certo período de tempo, eu poderia imaginar que uma única pistola de elétrons pudesse atingir os fósforos vermelho, verde e azul sequencialmente, em vez de ter três feixes paralelos. Isso também resolveria todos os problemas de convergência.

Como a indústria utilizou três feixes e os tubos foram projetados por pessoas com muito mais conhecimento do que eu, eles obviamente têm um bom motivo para usar três feixes e eu gostaria de saber onde está a falha no meu pensamento.

crt

— Thomas
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O feixe teria que ser modulado com uma frequência três vezes maior e o menor erro de fase resultaria em cores ruins

— Hagen von Eitzen

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Como exatamente uma única pistola de elétrons resolveria problemas de convergência?

— Dmitry Grigoryev

Dê uma olhada no Trinitron: pistola única com 3 eletrodos.

— Carl Witthoft 15/01/19

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@Carl, ainda é 3 vigas independentes em vez de um iluminando os fósforos sequencialmente

— Thomas

Existem vários esquemas diferentes empregando menos "armas".

— Hot Licks

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As primeiras TVs em cores foram construídas inteiramente a partir de componentes analógicos. Teria sido extremamente difícil sequenciar três cores através de uma única pistola de elétrons com a tecnologia disponível na época.

Além disso, os canhões separados permitem a excitação separada dos conjuntos correspondentes de pontos de fósforo através da máscara de sombra precisamente porque estão em locais fisicamente distintos. É o ângulo de chegada distinto que garante que cada feixe de elétrons excite apenas a cor que deveria.

Lembre-se de que os pontos de fósforo são MUITO menores que o diâmetro do feixe de elétrons quando atingem a tela. Se você tivesse uma única pistola de elétrons e nenhuma máscara de sombra, os pontos de fósforo teriam que ser um pouco maiores que o diâmetro do feixe para evitar "sangramento" entre as cores, o que as tornaria objetivamente grandes ("granuladas") quando vistas.

Dito isto, havia pelo menos um projeto experimental que usou uma única pistola e multiplexação por divisão de tempo das cores. Usava faixas verticais de fósforo, com uma faixa extra voltada para dentro incluída em cada grupo. Essa faixa voltada para dentro produzia rajadas de luz capturadas por um fotomultiplicador incorporado ao CRT, e esses pulsos eram usados para manter o circuito de multiplexação de cores sincronizado com a posição real do feixe.

Escusado será dizer que nunca pegou.

— Dave Tweed
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obrigada pelo esclarecimento. Então, a máscara de sombra é construída para que o ângulo do feixe seja fatorado?

— Thomas

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Sim. Um dos ajustes de convergência é chamado de "pureza", no qual são desativados pequenos desalinhamentos devido a tolerâncias de fabricação e campos magnéticos externos.

— Dave Tweed

Dang @DaveTweed você me derrotou; D

— Trevor_G 15/01

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O design de uma pistola multiplexada sofria de pouco brilho, entre outras coisas.

— Neil_UK

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@ PeterGreen: O Diamondtron era a versão da Mitsubishi do Sony Trinitron. Esse design usa uma "pistola única", mas ainda possui três feixes de elétrons distintos e uma máscara de sombra modificada chamada "grade de abertura".

— Dave Tweed

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Uma TV monocromática possui apenas uma arma que pinta linhas na tela. Uma TV em cores precisa pintar três cores na tela.

Um sinal de TV clássico possui os três canais de cores misturados em um único sinal e o tempo é multiplexado. Essas informações são separadas para gerar os níveis de intensidade vermelho, verde e azul para o feixe conforme ele se aproxima.

Infelizmente, para manter as cores nítidas, você não deseja que as informações em vermelho pintem sobre o verde e o azul e vice-versa.

Para fazer isso, os inventores da televisão em cores inventaram um truque inteligente de fazer três armas dispararem contra a tela em um ligeiro ângulo. As vigas devem passar através de uma tela de furos. A tela cria efetivamente uma sombra em todos os lugares, exceto onde está o fósforo colorido apropriado. Ou seja, a pistola vermelha só pode brilhar em fósforo vermelho, verde em verde e azul em azul.

Observe que a arma não está pintando pixels. O feixe é maior que os furos na tela. De fato, a TV não tem idéia de quantos pixels existem na tela.

Isso poderia ser feito hoje com uma única pistola e controle de alta frequência sobre um único feixe de elétrons muito bem focado, possivelmente, mas não seria uma questão simples. Sem feedback de onde o feixe está atingindo o fósforo, você é extremamente sensível às mudanças de temperatura no tubo e às variações eletrônicas e mecânicas.

Você deve se lembrar que, na época em que a TV em cores foi inventada, os tubos de vácuo ainda eram a norma e as TVs transistorizadas ainda eram um sonho. De fato, é notável que eles conseguiram tornar os CRTs tão bons quanto eles.

É claro que as TVs não CRT modernas não funcionam dessa maneira e são realmente orientadas a pixels.

— Trevor_G
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Agora entendo como a máscara permite que cada feixe atinja o fósforo certo! obrigado!

— Thomas

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+1 Eu teria preferido que as vigas do lado esquerdo fossem mais largas para ver o efeito da máscara (e talvez buracos vizinhos visíveis), mas, no entanto, uma ótima explicação.

— Dubu

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Você disse: "a TV não faz ideia de quantos pixels existem na tela". Sim. A TV monocromática possui linhas de varredura horizontalmente, mas a variação no brilho à medida que a linha é varrida é contínua - não há 'pixels' nesse sentido. Não tenho certeza de que as pessoas percebam isso hoje. Assim também as variações de cores são fluxos contínuos, mas era fisicamente necessário usar pontos de fósforo e a máscara de sombra para construí-lo. É tão diferente das imagens digitais quanto o telefone analógico é do MP3.

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Os pontos coloridos em uma face CRT de máscara de sombra não são pixels. De fato, não há pixels em um sistema de TV totalmente analógico. Pixels (também conhecidos como "PICture ELements") são os valores amostrados de uma imagem 2D em pontos de uma grade regular. Não há pixels em um sistema de TV analógico porque não há amostragem na direção horizontal. Os valores para cada linha são enviados como uma forma de onda analógica contínua.

— Solomon Slow

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@jameslarge shadow mask faz a amostragem, não é? Caso contrário, os LCDs somente VGA também não terão pixels se seguirmos você.

— Ruslan

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Nem todas as TVs em cores possuem 3 pistões de elétron!

Eu poderia imaginar que uma única pistola de elétrons pudesse atingir os fósforos vermelho, verde e azul sequencialmente, em vez de ter três feixes paralelos. Isso também resolveria todos os problemas de convergência.

Você está descrevendo como o tubo de imagem Trinitron da Sony funciona. Ele usa apenas uma pistola de elétrons!

Citações da página da Wikipedia :

O design Trinitron incorpora dois recursos exclusivos: o tubo de imagem de três cátodos de uma pistola e a grade de abertura alinhada verticalmente.

Veja este excelente vídeo da Technology Connections para obter uma explicação sobre o tubo Trinitron.

Fora do tópico: vi uma TV Trinitron uma vez, comprei uma quando eu podia pagar, nunca mais voltei. Além disso, meu primeiro monitor de PC foi um pequeno Trinitron.

— Bimpelrekkie
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Estava prestes a postar isso, me supere! Embora tivesse três cátodos, era mais como três armas em uma

— RoguePlanetoid

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O Trinitron tinha um padrão único de subpixel semelhante aos LCDs modernos - listras verticais próximas uma da outra e até eles tiveram que recorrer à deflexão de último momento para alcançar o subpixel correto. Muitos outros tubos tinham subpixels organizados em triângulos, por isso não foi fácil digitalizá-los horizontalmente com um feixe.

— Agent_L 15/01/19

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Trinitron usou três armas de elétrons. Nenhum..!! Eu abri uma dessas CRT e tenho certeza disso.

— Soosai steven

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Para esclarecer alguma confusão. A pistola de elétrons Trinitron era um único conjunto, mas ainda produzia três feixes lado a lado. Seu ponto de vista diferente de outros CRTs era que eles eram dispostos horizontalmente e alinhados, em vez de em um triângulo, permitindo a projeção através de uma grade vertical chamada grade de abertura em vez de uma máscara de padrão de pontos, e os fósforos sendo linhas verticais contínuas, em vez de pontos / barras curtas.

— thomasrutter

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Apesar da publicidade da Sony, os CRTs Trinitron têm "quase" três canhões de elétrons e produziram três feixes separados. As três armas compartilham um invólucro comum e o primeiro ânodo, mas possuem cátodos e grades separados. Uma olhada no esquema de uma TV Trinitron mostrará isso claramente. O artigo da Wikipedia está, digamos, exagerando o caso.

— 21718 Jamie Hanrahan

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Tentou-se escrever 3 cores com 1 feixe, isso é chamado de "tubo de índice de feixe". Usando informações de feedback de posição, um feixe de elétrons estreito pode ser feito para varrer mais de 1 faixa de fósforo. Repita 3 vezes para 3 cores.

https://en.wikipedia.org/wiki/Beam-index_tube

As vantagens são:

Eficiência 3 vezes maior devido à ausência de máscara de sombra.
Pistola mais fina (apenas 1 cátodo), pescoço mais fino, menor volume de campo magnético, deflexão mais eficiente.
Oportunidades para faceflate plano e / ou cone raso.

Desvantagens são:

Um feixe de elétrons fundamentalmente não pode ser estreito em alta corrente, devido à repulsão de elétrons.
De onde obter as informações de indexação? Um sensor de corrente no ânodo a 30 kV? Um sensor de luz, usando luz invisível?
Como dirigir com precisão o feixe? A deflexão magnética é relativamente lenta.
Você também precisa direcionar o feixe quase preto. Você está disposto a desistir de um preto profundo para obter um sinal de feedback mais forte?
Largura de banda tripla do sinal de vídeo necessário. Problemático para HDTV.

Foi uma tentativa fracassada de estender o ciclo de vida dos CRTs quando o plasma e o LCD já estavam no horizonte. Uma máscara de sombra com todas as suas complicações é mais simples.

Pense nisso: os filtros de cores em um painel LCD são equivalentes a uma máscara de sombra, eles também absorvem 2/3 da luz. Resolver isso deve ser muito mais fácil do que indexar um CRT, mas ninguém parece estar fazendo isso. A indústria de displays é muito inerte. O custo da mudança é tão alto.

PS A pistola Sony Trinitron possui 3 cátodos em 3 pistolas, compartilhando uma única lente principal grande. As três pistolas em linha não são exclusivas do Trinitron, mas permitem uma "grade de abertura" de máscara de sombra composta apenas por fios verticais. Para fins práticos, é apenas mais uma máscara de sombra, com alguns + e -.

PPS Você também pode usar a tela 1 P / B com um filtro de cores cíclico fora dela, fornecendo "cores sequenciais de campo". A maioria dos transmissores DLP (da TI) faz isso. Ele economiza os 2 imagers extras e eles são rápidos o suficiente para lidar com isso.

— StessenJ
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A máscara de sombra CRT, em vez de usar uma pistola de elétrons, usa três pistolas diferentes colocadas uma ao lado da outra para formar um triângulo ou um "Delta". Cada ponto de pixel na tela também é composto de 3 tipos de fósforo para produza cores vermelha, azul e verde Essa placa possui orifícios estrategicamente posicionados, de modo que, quando os raios das três pistolas eletrônicas são focados em um pixel específico, eles se concentram apenas em pixels produtores de cores específicas.

Essas telas também são chamadas de telas de atualização de desenho de linha, porque a imagem desaparece (normalmente em cerca de 100 mili segundos) e as imagens precisam ser atualizadas continuamente para que a persistência da visão humana as faça ver como imagens estáticas. Eles são caros, por um lado, e também tendem a tremer quando imagens complexas são exibidas

— user174806
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Acho divertido que sua pergunta afirme "Isso também resolveria todos os problemas de convergência". removendo o mecanismo de separação e convergência de cores. A resolução da máscara colorida é semi-ortogonal à resolução da imagem da TV (que, estritamente falando, é definida exatamente apenas verticalmente, pois horizontalmente o feixe muda junto com o sinal analógico): um "ponto" é confuso e delimitado e representado por várias áreas de fósforo vermelho, verde e azul. O ajuste de cores garante que armas, máscaras e fósforos cooperem de uma maneira em que apenas pontos coloridos do tipo certo acendam.

Triniton substitui a grade hexagonal por listras coloridas, reduzindo a quantidade necessária de preto entre as cores: a "máscara" consiste em fios verticais. Para estabilizá-los, existem dois fios horizontais que aparecem como linhas ligeiramente escuras na tela.

De qualquer forma, o foco do feixe é amplo o suficiente para fazer com que as várias linhas da tela cubram uma área razoavelmente contígua, e isso é bem menor que o tamanho dos pontos ou listras coloridas. A diferença é confirmada pela máscara colorida e pode ser calibrada independentemente da geometria geral da imagem, que é bem menos precisa.