بينترون

يستخدم التلفزيون التقليدي بالأبيض والأسود أنبوبًا مطليًا بشكل متجانس بمادة فسفورية على سطحه الداخلي. عند إثارته بواسطة إلكترونات عالية السرعة ، ينبعث من الفسفور ضوء، عادةً ما يكون أبيض، ولكن تُستخدم ألوان أخرى في بعض الحالات. يوفر مدفع إلكتروني في الجزء الخلفي من الأنبوب حزمة من الإلكترونات عالية السرعة، وتسمح مجموعة من المغناطيسات الكهربائية المرتبة بالقرب من المدفع بتحريك الحزمة على الشاشة. تُرسل إشارة التلفزيون على شكل سلسلة من الخطوط، يُعرض كل منها كخط منفصل على الشاشة. تؤدي قوة الإشارة إلى زيادة أو نقصان التيار في الحزمة، مما ينتج عنه نقاط مضيئة أو مظلمة على الشاشة أثناء مرور الحزمة عبر الأنبوب.

في شاشات العرض الملونة، يُستبدل الطلاء الموحد للفوسفور الأبيض بنقاط أو خطوط من ثلاثة أنواع من الفوسفور الملون، مما ينتج ضوءًا أحمر أو أخضر أو ​​أزرق (RGB) عند إثارته. تمتزج هذه الألوان الأساسية في العين البشرية لتكوين لون واحد ظاهري. يُمثل هذا مشكلةً لمدافع الإلكترونات التقليدية، التي لا يمكن تركيزها أو توجيهها بدقة كافية لاستهداف هذه الأنماط الفردية الأصغر حجمًا. عملت عدة شركات على حلول مختلفة لهذه المشكلة في أواخر الأربعينيات، باستخدام ثلاثة أنابيب منفصلة أو أنبوب واحد ذي خرج أبيض مع مرشحات ملونة موضوعة أمامه. لم يثبت أي من هذه الحلول جدواه، وكان هذا المجال محل اهتمام كبير في مجال التطوير.

صُمم جهاز البينترون في الأصل على يد كولر وويليامز أثناء عملهما في شركة جنرال إلكتريك (GE). ^{[ 1 ]} طُوّر الجهاز في البداية كطريقة مبتكرة لبناء تلفزيون ملون أحادي المدفع الإلكتروني، يتميز ببساطة جهاز التلفزيون التقليدي بالأبيض والأسود. وكما هو الحال في أنبوب الأبيض والأسود، استخدم البينترون طبقة موحدة من الفوسفور على الشاشة، مع وجود مدفع إلكتروني واحد في الخلف. إلا أن طبقة الفوسفور تُطبّق على ثلاث طبقات بألوان مختلفة: الأحمر في الداخل الأقرب إلى المدفع، ثم الأخضر والأزرق في الخارج الأقرب إلى الوجه الأمامي للأنبوب. ويتم اختيار الألوان عن طريق زيادة قوة شعاع الإلكترونات، مما يسمح للإلكترونات بالتدفق عبر الطبقات السفلية للوصول إلى اللون المطلوب.

في أجهزة العرض التقليدية، يُستخدم الجهد الكهربائي للتحكم في سطوع الصورة، وليس لونها، وهو ما كان على التصميم الجديد تحقيقه أيضًا. أما في جهاز "بينترون"، فيُستخدم الجهد الكهربائي أيضًا لاختيار اللون. ولتلبية هذه الاحتياجات المتضاربة، تم توفير اختيار اللون بواسطة آلية خارجية. تم تعديل مدفع الفوسفور بواسطة الجهد الكهربائي كما هو الحال في أجهزة العرض بالأبيض والأسود، حيث يؤدي ازدياد الطاقة إلى إنتاج بقعة أكثر سطوعًا على الشاشة. ثم وفرت مجموعة من الأسلاك الدقيقة الموضوعة خلف الشاشة الطاقة الإضافية اللازمة لاختيار طبقة لونية معينة. ولأن الفوسفور كان معتمًا نسبيًا، تطلب النظام جهود تسريع عالية جدًا، تتراوح بين 25 و40 كيلوفولت. تم تقديم نسخة محسنة تستخدم طبقات فوسفور شفافة وطبقات عازلة رقيقة بينها، مما قلل من الجهود المطلوبة. ^{[ 2 ]} يضمن العازل الكهربائي إيقاف الإلكترونات الشاردة، سواءً كانت ناتجة عن انخفاض الجهد من مدافع الفوسفور أو انبعاث ثانوي من الفوسفور نفسه، قبل وصولها إلى الشاشة.

كان جهاز البينترون مثاليًا للاستخدام مع نظام البث المبكر لشبكة سي بي إس، الذي كان يرسل معلومات الألوان على شكل ثلاث إطارات متتابعة منفصلة. استخدمت أجهزة التلفزيون التجريبية لشبكة سي بي إس مرشحًا ميكانيكيًا بثلاثة أقسام ملونة تدور أمام أنبوب أبيض وأسود. استُخدمت إشارة التوقيت نفسها في جهاز البينترون لتغيير جهد شبكة اختيار الألوان، لتحقيق الغاية نفسها. وبفضل معدل التبديل المنخفض، 144 مرة في الثانية، لم يكن تغير الجهد العالي مصدرًا رئيسيًا للضوضاء عالية التردد. على عكس نظام سي بي إس الميكانيكي، لم يكن لجهاز البينترون أجزاء متحركة، وكان من الممكن بناؤه بأي حجم (وهو أمر كان صعبًا مع القرص)، ولم يكن يعاني من مشاكل الوميض. لقد مثّل هذا الجهاز تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا العرض.

لم يمضِ وقت طويل على إطلاق نظام CBS حتى طرحت شركة RCA نظامًا جديدًا تفوّق في نهاية المطاف. على عكس نظام CBS ذي التسلسل الميداني، قامت RCA بتشفير اللون مباشرةً لكل نقطة على الشاشة، وهو نظام يُعرف باسم "التسلسل النقطي". تمثّلت ميزة نظام RCA في أن المكوّن الأساسي للإشارة كان مشابهًا جدًا لإشارة الأبيض والأسود المستخدمة في أجهزة التلفزيون الموجودة آنذاك، ما يعني أن ملايين أجهزة التلفزيون بالأبيض والأسود ستتمكن من استقبال الإشارة الجديدة، بينما ستتمكن أجهزة التلفزيون الملونة الأحدث من عرضها إما بالأبيض والأسود أو بالألوان إذا توفرت تلك الإشارة الإضافية. شكّلت هذه ميزة هائلة على نظام CBS، واختارت لجنة NTSC نسخة معدّلة منه كمعيار جديد للألوان في عام 1953.

كان العيب الرئيسي هو صعوبة تركيز الشعاع بدقة على اللون الصحيح، وهي مشكلة حلتها شركة RCA باستخدام نظام قناع الظل . قناع الظل عبارة عن رقاقة معدنية رقيقة بها ثقوب صغيرة محفورة ضوئيًا، موضوعة بحيث تقع هذه الثقوب مباشرة فوق ثلاث نقاط فسفورية ملونة. يتم تركيز ثلاثة مدافع إلكترونية منفصلة بشكل فردي على القناع، لتمسح الشاشة كالمعتاد. عندما تمر الأشعة فوق أحد الثقوب، فإنها تخترقه، ونظرًا لأن المدافع مفصولة بمسافة صغيرة عن بعضها البعض في الجزء الخلفي من الأنبوب، فإن كل شعاع يمر بزاوية طفيفة أثناء مروره عبر الثقب. تُرتّب النقاط الفسفورية على الشاشة بحيث تصطدم الأشعة بالفسفور الصحيح فقط. ولضمان محاذاة الثقوب مع النقاط، يُستخدم القناع لإنشاء النقاط باستخدام مادة حساسة للضوء.

شكّل نظام البث الجديد مشكلةً خطيرةً لجهاز الاختراق. إذ تطلّبت الإشارة اختيار اللون بسرعة عالية "أثناء التشغيل" أثناء رسم الشعاع عبر الشاشة. هذا يعني ضرورة تغيير دورة شبكة اختيار اللون ذات الجهد العالي بسرعة، ما تسبب في مشاكل عديدة، أبرزها التشويش عالي التردد الذي ملأ داخل الأنبوب وتداخل مع إلكترونيات جهاز الاستقبال. ولحلّ هذه المشكلة، أُدخل تعديل آخر باستخدام ثلاثة مدافع ضوئية منفصلة، ​​يُغذّى كل منها بجهد أساسي مختلف مُعدّل لاستهداف إحدى الطبقات. في هذا الإصدار، لم تكن هناك حاجة إلى التبديل، ما أدى إلى التخلص من التشويش عالي التردد.

أثبت إنتاج نظام كهذا صعوبته عمليًا، ولذا قدمت شركة جنرال إلكتريك نظام " بورتا-كولور " للاستخدام المنزلي في أجهزة التلفزيون، والذي يُعدّ تحسينًا جذريًا على نظام قناع الظل من شركة آر سي إيه. وواصل مطورون آخرون العمل على النظام الأساسي في محاولة لإيجاد حلول لمشاكل التبديل عالي التردد، لكن لم يدخل أيٌّ من هذه الحلول حيز الإنتاج التجاري.

على الرغم من محدودياته، احتفظ جهاز البينترون ببعض المزايا في تطبيقات متخصصة. فمع أنه لم يكن مناسبًا تمامًا لطريقة البث الملون المتسلسلة النقطية، إلا أن هذا العيب كان ذا صلة فقط باستقبال البث التلفزيوني الأرضي. وفي السياقات التي يمكن فيها توليد الإشارة بأي تنسيق مطلوب، مثل شاشات الحاسوب، ظل جهاز البينترون مفيدًا. وعندما لم تكن هناك حاجة لإعادة إنتاج نطاق ألوان كامل، زادت بساطة التقنية نسبيًا من جاذبيتها. هذه الخصائص جعلت جهاز البينترون مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات المُخصصة، بما في ذلك إلكترونيات الطيران العسكرية ، حيث لم يكن تنسيق إشارة الإدخال حاسمًا، وكان للمصممين حرية استخدام أي طريقة إشارة.

^{[ 3 ]}

في مجال إلكترونيات الطيران، تميزت شاشة البينترون بمزايا أخرى أيضًا. فاستخدامها للفوسفور في طبقات بدلًا من شرائح منحها دقة أعلى بثلاثة أضعاف دقة نظام RCA. وكان هذا مفيدًا للغاية لشاشات الرادار وأنظمة تعريف الصديق والعدو (IFF) ، حيث كانت الصور غالبًا ما تُغطى بنصوص تتطلب دقة عالية لسهولة قراءتها. إضافةً إلى ذلك، ولأن الإشارة بأكملها تصل إلى الشاشة في شاشة البينترون، مقارنةً بـ 15% منها فقط في أنبوب قناع الظل، كانت شاشة البينترون أكثر سطوعًا بكثير عند أي مستوى طاقة مُحدد. شكلت هذه ميزة رئيسية في مجال إلكترونيات الطيران، حيث كانت ميزانيات الطاقة محدودة في كثير من الأحيان، بينما كانت الشاشات تتعرض لأشعة الشمس المباشرة وتحتاج إلى سطوع عالٍ. كما أن عدم وجود قناع الظل جعل شاشة البينترون أكثر متانة ميكانيكيًا، ولم تتأثر بتغير الألوان تحت تأثير قوى التسارع . ^{[ 3 ]}

استُخدمت أنابيب الاختراق من أواخر الستينيات إلى منتصف الثمانينيات، في الغالب لأنظمة الرادار أو أنظمة تحديد هوية الصديق والعدو (IFF) حيث شاع استخدام شاشات ثنائية اللون (أخضر/أحمر/أصفر). وقد أدت التحسينات التي طرأت على أقنعة الظل التقليدية إلى إزالة معظم مزاياها خلال هذه الفترة. سمح تحسين التركيز بزيادة حجم الثقوب في قناع الظل بما يتناسب مع مساحة المنطقة المعتمة، مما حسّن سطوع الشاشة. كما تحسّن السطوع أكثر مع إدخال مواد فسفورية أحدث. وتمّت معالجة مشاكل التقبّب باستخدام أقنعة ظل من الإنفار ، والتي تميّزت بمتانتها الميكانيكية، وتمّ تثبيتها على الأنبوب باستخدام إطار معدني قوي. ^{[ 4 ]}

كما عُرضت شاشات Penetron كخيار إضافي في بعض محطات الرسومات ، حيث لم تكن سرعة تبديل الألوان العالية مطلوبة، ولم يكن نطاق ألوان Penetron المحدود مصدر قلق. وقدّمت شركة IDI هذه الشاشات كخيار إضافي بقيمة 8000 دولار أمريكي في محطات سلسلة IDIgraph وIDIIOM. ^{[ 5 ]}

قدمت شركة Tektronix ، وهي شركة مصنعة رئيسية لأجهزة راسم الإشارة، مجموعة محدودة من الألوان في بعض أجهزة راسم الإشارة CRT الخاصة بها، باستخدام تقنية من نوع Penetron.