ギアチューブ

ギア管は、ウィラード・ギアが開発した初期の単管式カラーテレビ ブラウン管である。ギア管は、CRT フェースプレートの内側に小さな蛍光体で覆われた三面ピラミッドのパターンを使用して、3 つの電子銃からの赤、緑、青の信号を別々に混合する。ギア管には多くの欠点があり、RCAのシャドウマスクシステムによって生成される画像の方がはるかに優れていたため、商業的に使用されることはなかった。しかし、ギアの特許が最初に認められ、RCA は自社の開発がうまくいかなかった場合に備えてオプションを購入した。

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。ほとんどの実験システムは、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「ゲル」) を使用して、フレーム全体を順番に放送していた。各フレームは画像の 1 つの色をエンコードし、ホイールは信号と同期して回転し、そのカラーフレームが表示されるときに正しいゲルが画面の前にあった。これらのシステムは色ごとに別々の信号を放送するため、既存の白黒テレビと互換性がなかった。もう 1 つの問題は、非常に高いリフレッシュ レートを使用しないと、機械式フィルターによってちらつくことだった。^[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、白黒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、色情報は個別にエンコードされ、高周波の変更として信号に折り込まれ、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、信号がフィルター処理され、輝度に追加されて、元の RGB が再作成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、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。輝度の概念では、色は線に沿って絶えず変化し、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。^[2]

^当時南カリフォルニア大学の助教授だったチャールズ・ウィラード・ギアは^{、 1940年代に実験されていたカラーテレビの機械的な製造方法について講義していたが、電子スキャン方式のほうが}優れていると誰かが発明したなら、と考えた。後にそのことを妻に話すと、彼女は「自分で発明したほうがいい」と答えた。^[3]

ギアーは、光学の斬新な応用でディスプレイの問題を解決した。電子ビームを小さな点に集中させる代わりに、より広い領域に集中させ、単純な光学技術を使って、画面上の任意の場所にある各原色を単一のピクセルに再結合した。この管には、赤、緑、青 (RGB) 用の 3 つの独立した電子銃が画像領域の外側に配置されていた。これによりギアー管はかなり大きくなった。管の「首」は通常、表示領域の背後にあり、テレビに奥行きを与えるが、ギアー管では、首が表示領域の外側に投影され、表示領域がはるかに大きくなっていた。^[4]

スクリーンの背面は、アルミニウム板に刻まれた一連の小さな三角錐で覆われており、各面の内側には色付きの蛍光体が塗られていた。適切に位置合わせされていれば、与えられた電子ビームはピラミッドの片面にしか届かず、そこに当たって薄い金属を通り抜けて内部の厚い蛍光体層に伝わる。3つの銃すべてがそれぞれの面に当たると、ピラミッドの内部で色の光が作られ、混ざり合って、ユーザー側のオープンベースに適切な色のディスプレイが映し出された。^[4]

ギア システムの大きな利点の 1 つは、提案されているカラー テレビ放送システムのいずれにも使用できることです。CBSは、機械式カラー フィルター ホイールで表示することを意図した、1 秒あたり 144 フレームの「フィールド シーケンシャル」システムを推進していました。この同じ信号は、各連続フレームを別のガンに順番に送信することで、ギア チューブに表示できます。RCA の「ドット シーケンシャル」システムも、信号を多重化解除し、3 つのカラー信号すべてを適切なガンに同時に送信することで表示できます。白黒信号は、同じ信号を 1/3 ミュートして、3 つのガンに同時に送信することで表示できます。^[5]

電子ビームを周囲のピラミッドではなく正しいピラミッドに当てることが、設計上の大きな問題でした。電子銃からのビームは通常円形であるため、三角形のターゲットに向けられた場合、ビームの一部は通常、ターゲットのピラミッドを通過して画面上の他の部分に当たります。これによりオーバースキャンが発生し、画像がぼやけて色あせてしまいます。この問題は、ビームがチューブをスキャンするときにビームと面の間の角度が変化するため、解決が特に困難でした。銃に近いピラミッドにはほぼ直角で当たりますが、チューブの反対側のピラミッドは鋭角になります。^[6]各銃がCRTの主軸からオフセットされていることを考慮すると、スキャン中にラスタージオメトリに大きな幾何学的修正を加える必要がありました。

ギアは1944年7月11日に彼のデザインの特許を申請した。^[4] テクニカラーは特許権を購入し、スタンフォード研究所と協力してプロトタイプユニットの開発を開始し、1950年に開発に50万ドル（2005年の価値で約400万ドル）を費やしたと報告されている。^[7]このシステムは当時広く報道され、タイム、^[3] ポピュラーサイエンス、^[5] ポピュラーメカニクス、^[8] ラジオエレクトロニクス、^[9]などでも言及された。

他の多くの企業もカラーテレビ システムの開発に取り組んでいましたが、最も有名なのはRCAです。彼らは Geer のわずか数週間後にシャドウ マスクシステムの特許を申請していました。Geer と Technicolor が RCA に特許を通知すると、RCA はライセンスを取得し、社内開発がどれもうまくいかなかった場合に備えて「第二の策」としてプロジェクトにさらなる資金を提供しました。

1949 年 11 月に始まったNTSC色標準化の取り組みで他のカラーテレビ システムと直接比較したテストでは、Geer の管は特に良い結果を残せませんでした。オーバースキャンにより色が隣接するピクセルににじみ、色がぼやけ、色の位置合わせとコントラストが悪くなったのです。この問題は、Geer 管に限ったことではありませんでした。ショーではいくつかの異なる技術が実演されましたが、審査員を満足させる画像を生成できたのは CBS の機械システムだけでした。1950 年に、CBS システムが NTSC 標準として採用されました。^[1]

ギアは1940年代後半から1950年代にかけてオーバースキャン問題に取り組み続け、システムを改善するためのさまざまな修正に関する特許をさらに申請しました。^[6]他のベンダーも独自の技術で同様の進歩を遂げており、1953年にNTSCは色の問題を検討する委員会を再び招集しました。このとき、RCAのシャドウマスクシステムは、ギアのものも含め、他のすべてのシステムよりも優れていることがすぐに証明されました。シャドウマスクは、2000年代初頭にLCD技術がCRTに取って代わるまで、カラーテレビを製造するための主要な方法であり続け、ソニートリニトロンはそれに大きく差をつけて2位でした。同時に、既存の白黒セットと互換性のある信号に色をエンコードするRCAのバージョンも修正を加えて採用され、2009年にアナログテレビが廃止されるまで、米国のテレビの主要規格であり続けました。

ギアは、基本コンセプトだけでなく、テレビ関連の他のコンセプトにもしばらく取り組み続けた。1955年に彼は、画像エリアの横に置かれた銃から上向きに発射されるフラットテレビ管の特許を申請した。ビームは一連の帯電ワイヤによって90度偏向され、画像エリアの背面を水平に横切るようになった。最初のグリッドの横にある2番目のグリッドは、ビームを小さな角度で曲げ、画面の背面に当たるようにした。^[10]

この装置が作られたことはなかったようで、照準要素の配置から、画像の焦点を合わせるのに深刻な問題があったことがうかがえる。この問題には、イギリスのデニス・ガボール（ホログラムの開発で有名）とアメリカのウィリアム・エイケンという2人の発明家も取り組んでいた。彼らの特許は両方ともギアの特許より前に出願されており、エイケン管は少数ながら成功裏に作られた。最近では、同様の概念がコンピュータ制御のコンバージェンスシステムと組み合わされて、典型的にはコンピュータモニター用の「よりフラットな」システムが作られた。ソニーは、基本的に同様のほぼフラットなCRTを使用した小型画面のモノクロテレビを販売しており、屋外放送モニターとしても使用されていた。しかし、これらはすぐにLCDベースのシステムに取って代わられた。

1960年に彼は2本のカラーチューブとピラミッドの2次元バージョンを使用した3次元テレビシステムの特許を申請した。^{[説明が必要]}垂直チャネルは光を2方向に反射し、それぞれの目に異なる画像を提供した。^[11]

• クロマトロン、もう使われていない初期のカラーテレビ用ブラウン管
• ビームインデックスチューブ
• シャドウマスク
• 絞りグリル

• Edward W. Herold、「カラー受像管の歴史と発展」、Proceedings of the Society of Information Display、第 15 巻第 4 号 (1974 年 8 月)、141 ～ 149 ページ。
• 「Teacher's Tube」、タイム、1950年3月20日。