クロマトロン

クロマトロンは、ノーベル賞受賞者のアーネスト・ローレンスが発明し、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が商業的に開発したカラーテレビのブラウン管設計です。クロマトロンは、シャドウマスクを使用する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、開発上の問題が多数あったため、何年もの開発期間にもかかわらず、広く使用されることはありませんでした。ソニーは最終的に、アパーチャグリルを使用する有名なトリニトロンシステムを採用し、クロマトロンを放棄しました。

カラーテレビは商業放送が普及する前から研究されていたが、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ある。当時、赤、緑、青 (RGB) の信号を別々に使用し、連続して放送するシステムがいくつか提案されていた。ほとんどのシステムは、従来の白黒テレビの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 ジェル」) を使用して、フレーム全体を連続して放送していた。これらのシステムは色ごとに別々の信号を放送していたため、既存の白黒テレビとは互換性がなかった。また、非常に高いリフレッシュ レートを使用しない限り、機械式フィルターによってちらつくという問題もあった。これらの問題にもかかわらず、米国連邦通信委員会(FCC) は 1950 年にCBSの連続フレーム 144 フレーム/秒の標準をカラー放送の標準として選択した。 ^[1]

RCA は、輝度-色差システムを使用して、まったく異なる方法で動作しました。このシステムは、RGB 信号を直接エンコードまたは送信するのではなく、これらの色を 1 つの全体的な明るさの数値である「輝度」に組み合わせました。輝度は既存の放送の白黒信号にほぼ一致していたため、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システムに対する大きな利点でした。次に、色情報は別々にエンコードされ、高周波の変更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強度のわずかなランダム化として表示され、ぼやけて見えますが、既存のセットの解像度が限られているため、実際には見えませんでした。カラー セットでは、信号が抽出され、RGB にデコードされて表示されます。

RCA のシステムには大きな利点があったが、適切な表示管の製造が困難であったため、開発は成功しなかった。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た。RCA のシステムでは、色は線に沿って絶えず変化していたが、これは機械的なフィルターが追従するには速すぎた。代わりに、蛍光体を色のついた点の離散的なパターンに分解する必要があった。これらの小さな点のそれぞれに適切な信号を集中させることは、当時の電子銃の能力を超えていた。RCA の初期の実験では、3 本の管を持つプロジェクター、または「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ていた。^[2]

RCA は、シャドウ マスクを導入することで、最終的にカラー画像の表示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 エッチングされた薄いアルミニウム板で構成され、ブラウン管の前面のすぐ後ろに配置されます。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マスクによって遮断され、画面上の単一の色の蛍光体に当たるのに十分なほど小さい、鋭く焦点が絞られたスポットが作成されます。各電子銃がわずかに異なる角度から穴を狙うため、ブラウン管上の蛍光体のスポットは重なり合うのを防ぐためにわずかに離れることができました。

この方法の欠点は、銃のパワーが一定でも、シャドウマスクが信号の大部分をフィルタリング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には、ドットを離して表面の約 25% を覆う必要があった。このため画像は非常に暗くなり、有用な画像を提供するにははるかに大きなパワーが必要になった。さらに、このシステムは 3 つの銃間のビームの相対角度に大きく依存しており、銃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 システムの技術的優位性は CBS システムに比べて圧倒的であり、1953 年に新しいNTSC標準として採用された。この新しい標準を使用した最初の放送は、1954 年の元旦に NBC がTournament of Roses Parade を放送したときだった。^[3]

テレビの定期放送が始まって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かった。画像が暗く、調整が絶えず必要で、価格も高かったため、カラーテレビは独自のニッチ市場に留まっていた。消費者の受け入れが低かったためカラー番組が不足し、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た。1960年の米国では、カラーテレビは総販売台数50台につき1台しか売れなかった。^[4]

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年に色彩復号化の問題に対する新しい解決策の特許を取得した。このシステム「クロマトロン」または単に「ローレンス管」は、RCAの機械的解決策の代わりに電子焦点合わせシステムを使用した。^{[5]このシステムは、蛍光体スクリーンの約}1⁄2インチ後ろ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を合わせ、垂直の縞模様に配置された正しい蛍光体上に曲げるために使用された。蛍光体はスクリーンの面積の50％以上を覆っていたが、当時のシャドウマスクは約25％を覆っていた。これにより、同じ量の電力を使用してはるかに明るい画像が得られた。

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から構成されていた。スクリーンは通常、ワイヤとアルミニウムの間で 3000 ～ 4500 V の電位で充電され、グリッドとスクリーンの間に湾曲した電界が生じる。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、加速されて小さな点に集束され、通常は緑色の蛍光体に当たる。各ペアの 2 本のワイヤ間の相対電圧を変えることで、ビームはどちらかの方向に曲げられ、色を制御できる。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、電力要件がさらに削減される。^[6]

クロミナンス信号が欠落しているか、意図的に無視されている場合は、フォーカス システムが切断され、その電力が銃に追加されます。これにより、わずかに強力で焦点が合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当たって白黒画像が生成されます。^[6] ストライプ間のスペースにより、全体的な画像は従来の白黒セットとほぼ同じ明るさになります。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、その電力を非常に高くする必要がありました。

スクリーン近傍焦点合わせのもう一つの利点は、電子ビームがフォーカサーの後ろでどのような角度にあるかに関係なく、電子ビームが曲げられて管のフェースプレートの蛍光体に直角に当たることである。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）で管を製造できるようになった。したがって、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った。^[6]

クロマトロンには欠点もいくつかあった。その一つは、グリッドと管の後ろにある電子銃によってもたらされる加速の間には基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。残念ながら、グリッドの機械的なレイアウトによって電圧は約 5000 V 以下に制限され、その結果、電子銃の電圧も 8000 V 前後の比較的低い電圧に制限された。そのため、クロマトロンの全体の電力は従来の管よりも低く、ある程度自然な明るさが相殺された。^[7]

さらに差し迫った懸念は、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。

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て、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 x 11 インチの 22 インチ プロトタイプ チューブ PDF 22-4 の製造を開始しました。

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は正しい色を生成するためにビームを素早く動かさなければならなかったため、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) ノイズにつながった。約 50 ワットの RF 電力をワイヤに適用し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]後者はテレビの基礎として使用した場合に特に厄介で、放送を受信するラジオ受信機にノイズが干渉した。大学は最終的に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表示するシステムとして開発を続けたため、RF ノイズは問題にならなかった。1960 年代初頭、ソニーが彼らの仕事を購入するまで開発は続いていた。

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大きく、1950 年代を通じて多くの企業がシステムの開発を続けました。放射線の問題は、配線を蛍光体ストライプからさらに後ろに配置することで解決しました。これにより、静電容量が低減し、駆動電力要件が大幅に削減されました。後に、蛍光体ピッチの拡大に対応するために、配線の直径が縮小されました。さらに、3 つのビデオ アンプの出力によって、必要な正確なタイミングで各 RGB ストライプに色情報が届くように切り替えられました。言い換えると、3 つの色段階のキー操作です。後に、ジェネラル カラーネトロンがこのアプローチを採用しました。後継のクロマトロン管では、明るさと持続性の適切な組み合わせを得るために、さまざま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減らすために、かなり大きな銅製の箱またはケージがベルの外部に取り付けられました。干渉は見られず、生成された画像は、縞模様や縞模様が目立たず、かなり良好で見やすいものでした。クロマトロンの設計は、さまざまな他の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。

1961年までにソニーは白黒テレビの大手メーカーとなったが、カラーテレビの技術は全くなかった。ソニーの販売店はカラーテレビがいつ発売されるのか尋ね、営業部門はエンジニアリング部門に、他のメーカーからシャドウマスクの設計の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た。 井深大はこれを拒否し、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感情を示したようである。^[4]

1961年3月、井深、盛田昭夫、木原信俊はニューヨーク・コロシアムで開催されたIEEEトレードショーに参加した。木原にとってこれは初めての米国訪問であり、彼は展示会場を歩き回るのにかなりの時間を費やした。小さなオートメトリック社のブースでクロマトロンが展示されているのを見て、彼は急いで盛田と井深を探しに向かった。盛田は展示を見てすぐに翌朝のマンハッタンのクロマティック研究所訪問の打ち合わせを始めた。^[9]翌日の打ち合わせが終わるまでに、盛田は「クロマトロン管とそれを利用したカラーテレビ受信機」を製造するライセンスを確保していた。^[10]

1963年初頭、宮岡千里はクロマトロンの閉鎖につながるソニーへの技術移転を手配するためクロマトロン研究所に派遣された。彼は研究所にあまり感銘を受けず、窓のない地下室を「汚い」と表現した。^[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た。1964年9月までに17インチの試作品が日本で製造されたが、量産テストでは深刻な問題が明らかになった。

井深は技術の熱心な支持者であり続け、東京の大崎駅近くに新工場を建設して生産を進めた。しかしこれは賢明ではなかった。初期の生産では、1,000本の生産のうち使えるのは1～3本だけだった。残りは位置合わせの問題を抱え、画面上で色が1本ずつ薄れていくという問題があり、真空管を密封した後では修正不可能だった。使用可能な真空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、井深はソニー製品を最優先で販売した。これも賢明ではなかった。歩留まりが低いため生産コストは約40万円だったが、競争力をつけるためにソニーは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、会社は破綻寸前であり、チームは年末までに生産量を改善しなければ、製品をキャンセルしなければならないと告げた。一方、RCAはシャドウマスク技術の改良で大きな進歩を遂げており、ゼネラルエレクトリックの「ポータカラー」などの新規参入者は他の利点を提供していた。ソニーはクロマトロンのアプローチに従うことで、明らかに市場の他の企業に遅れをとっていた。^[12]

井深は最終的に、代替システムの探索を自ら率いることを発表した。30人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さまざまなアプローチを模索した。いくつかのレポートを読んだ後、井深は29歳の物理学者宮岡を吉田とともにオフィスに呼び、彼のシングルガンアプローチが機能するかどうかを尋ねた。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、軽率にもそれが機能すると発言した。その結果、有名なトリニトロンシステムが誕生し、1968年に発売されて大好評を博した。^[13]

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。これらは約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 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。

クロマトロンを定義する基本概念は、スクリーンに近い焦点合わせシステムであり、個々の色の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、正しい色に誘導しました。

蛍光体は、2 ミル幅の隙間をあけて 2 ミル幅の帯状に管の裏側にシルクスクリーン印刷され、その後、スクリーンを導電性にするためにアルミニウムでコーティングされました。グリッドは比較的高い電圧で充電す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、画像がある程度暗くなりました。

蛍光体は RGB-BGR-RGB パターンでパターン化されていました。フォーカス グリッドは、ビームが通常、各ワイヤ 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 (たとえば青) を生成するには、ビームを 1 つのピクセルに対して右に引っ張り、次のピクセルに対して左に引っ張る必要があります。隣接する蛍光体のストライプはワイヤの 1 つを共有しているため、1 つの電圧設定で 2 つの隣接する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、ビームが画面を横切るにつれて偏向システムを継続的に変更する必要がありました。

• ギアチューブ、もう1つの初期のカラーテレビ用ブラウン管だが、現在は使用されていない。
• シャドウマスク
• 絞りグリル

[1]

• ソニー クロマトロン KV 7010U