كروماترون

دُرست تقنية التلفزيون الملون حتى قبل شيوع البث التجاري ، ولكن لم يُنظر في المشكلة بجدية إلا في أواخر الأربعينيات. في ذلك الوقت، طُرحت عدة أنظمة تستخدم إشارات منفصلة للأحمر والأخضر والأزرق (RGB)، تُبث بالتتابع. كانت معظم هذه الأنظمة تبث إطارات كاملة بالتتابع، باستخدام مرشح ملون (أو "جل ملون") يدور أمام أنبوب تلفزيون تقليدي أبيض وأسود. ولأنها كانت تبث إشارات منفصلة للألوان المختلفة، لم تكن هذه الأنظمة متوافقة مع أجهزة التلفزيون الأبيض والأسود الموجودة آنذاك. كما أن المرشح الميكانيكي كان يتسبب في وميض الصورة ما لم تُستخدم معدلات تحديث عالية جدًا. على الرغم من هذه المشاكل، اختارت لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) معيارًا للبث الملون بمعدل 144 إطارًا/ثانية من شبكة سي بي إس (CBS) كمعيار لها في عام 1950. ^{[ 1 ]}

عملت شركة RCA وفق نهج مختلف تمامًا، مستخدمةً نظام الإضاءة واللون. لم يقم هذا النظام بتشفير أو نقل إشارات RGB مباشرةً، بل جمع هذه الألوان في قيمة سطوع إجمالية واحدة تُسمى " الإضاءة ". تطابقت الإضاءة بشكل كبير مع إشارة الأبيض والأسود للبث التلفزيوني الحالي، مما سمح بعرضها على أجهزة التلفزيون الموجودة. شكل هذا ميزة كبيرة مقارنةً بالأنظمة الميكانيكية التي اقترحتها مجموعات أخرى. بعد ذلك، تم تشفير معلومات اللون بشكل منفصل ودمجها في الإشارة كتعديل عالي التردد لإنتاج إشارة فيديو مركبة . على أجهزة التلفزيون بالأبيض والأسود، تظهر هذه المعلومات الإضافية كتغيير طفيف في شدة الصورة، مما يجعلها تبدو ضبابية، لكن الدقة المحدودة للأجهزة الموجودة آنذاك جعلت هذا التغيير غير مرئي عمليًا. أما على أجهزة التلفزيون الملونة، فتُستخرج الإشارة، ويُعاد تشفيرها إلى RGB، ثم تُعرض.

على الرغم من المزايا الهائلة التي حققها نظام RCA، إلا أنه لم يُطوَّر بنجاح لصعوبة إنتاج أنابيب عرض مناسبة. كانت أجهزة التلفاز بالأبيض والأسود تستخدم إشارة مستمرة، وكان من الممكن طلاء الأنبوب بطبقة متساوية من الفوسفور. أما في نظام RCA، فكان اللون يتغير باستمرار على طول الخط، وهي سرعة فائقة يصعب على أي مرشح ميكانيكي تتبعها. لذا، كان لا بد من تقسيم الفوسفور إلى نمط منفصل من البقع الملونة. وكان تركيز الإشارة الصحيحة على كل بقعة من هذه البقع الصغيرة يتجاوز قدرة مدافع الإلكترونات في ذلك الوقت. استخدمت تجارب RCA المبكرة أجهزة عرض ثلاثية الأنابيب، أو أنظمة تعتمد على المرايا تُعرف باسم " ترينيسكوب ". ^{[ 2 ]}

حلت شركة RCA في نهاية المطاف مشكلة عرض الصور الملونة من خلال ابتكارها لقناع الظل . يتكون قناع الظل من صفيحة رقيقة من الألومنيوم بها ثقوب دقيقة محفورة ضوئيًا، توضع خلف السطح الأمامي لأنبوب الصورة مباشرةً. وُجهت ثلاثة مدافع ضوئية، مرتبة على شكل مثلث، نحو هذه الثقوب. حُجبت الإلكترونات المتناثرة على حافة الشعاع بواسطة القناع، مما أدى إلى تكوين بقعة مركزة بدقة عالية وصغيرة بما يكفي لضرب فسفور ملون واحد على الشاشة. ولأن كل مدفع ضوئي كان يوجه نحو الثقب من زاوية مختلفة قليلاً، أمكن فصل بقع الفسفور على الأنبوب قليلاً لمنع تداخلها.

كان من عيوب هذا النهج أنه عند استخدام أي قدر معين من طاقة المدفع، كانت طبقة الظل تحجب معظم الإشارة. ولضمان عدم تداخل الإشارة على الشاشة، كان لا بد من فصل النقاط وتغطية ما يقارب 25% من سطحها. وقد أدى ذلك إلى صور باهتة للغاية، مما استلزم طاقة أكبر بكثير للحصول على صورة واضحة. علاوة على ذلك، كان النظام يعتمد بشكل كبير على الزوايا النسبية للأشعة بين المدافع الثلاثة، الأمر الذي تطلب تعديلًا مستمرًا من المستخدم لضمان إصابة المدافع للألوان الصحيحة. على الرغم من ذلك، كان التفوق التقني لنظام RCA ساحقًا مقارنةً بنظام CBS، وتم اختياره كمعيار NTSC الجديد في عام 1953. وكان أول بث باستخدام المعيار الجديد في رأس السنة الميلادية عام 1954، عندما بثت NBC عرض تورنامنت أوف روزز . ^{[ 3 ]}

على الرغم من هذه البداية المبكرة، وبعد سنوات قليلة فقط من بدء البث التلفزيوني المنتظم، كان إقبال المستهلكين على أجهزة التلفزيون الملونة بطيئًا للغاية. فقد أبقت الصور الباهتة والتعديلات المستمرة والتكاليف المرتفعة هذه الأجهزة في فئة خاصة بها. وأدى ضعف إقبال المستهلكين إلى نقص البرامج الملونة، مما قلل الطلب على هذه الأجهزة بشكل أكبر، في معضلة بيضة الدجاجة . في الولايات المتحدة عام 1960، لم يُبَع سوى جهاز تلفزيون ملون واحد مقابل كل 50 جهازًا تم بيعها إجمالًا. ^{[ 4 ]}

في عام 1951، حصل إرنست لورانس ، الحائز على جائزة نوبل عام 1939 والأستاذ بجامعة كاليفورنيا في بيركلي، والمعروف بأنه أبو السيكلوترون ، على براءة اختراع لحل جديد لمشكلة فك تشفير الألوان. استخدم هذا النظام، المسمى "كروماترون" أو ببساطة "أنبوب لورانس"، نظام تركيز إلكتروني بدلاً من الحل الميكانيكي لشركة RCA. ^{[ 5 ]} إحدى تقنيات الكروماترون، وهي براءة اختراع عام 1957 لهيكل الهدف لأنابيب العرض، اخترعها إدوين ماكميلان ، الحائز على جائزة نوبل عام 1951، والذي كان باحثًا وإداريًا زميلًا لإرنست لورانس في مختبر بيركلي للإشعاع . ^{[ 6 ]}

تألف النظام من سلسلة من الأسلاك أو الصفائح المعدنية الرقيقة الموضوعة على بعد حوالي نصف بوصة خلف شاشة الفوسفور. استُخدمت هذه الأسلاك لتركيز الحزم الضوئية كهربائيًا وتوجيهها نحو الفوسفور المناسب، المُرتب في خطوط عمودية. غطى الفوسفور أكثر من 50% من مساحة الشاشة، بينما غطت أقنعة الظل المستخدمة آنذاك حوالي 25% فقط. أدى ذلك إلى صور أكثر سطوعًا باستخدام نفس كمية الطاقة.

يتكون كل عنصر تركيز من زوج من الأسلاك، وطبقة موصلة من الألومنيوم على ظهر الفوسفور. تُشحن الشاشة عادةً بجهد يتراوح بين 3000 و4500 فولت بين الأسلاك والألومنيوم، مما ينتج عنه مجال كهربائي منحني بين الشبكة والشاشة. عندما يدخل شعاع الإلكترونات من المدفع المنطقة بين الشبكة والشاشة، يتسارع ويركز في بقعة صغيرة، تسقط عادةً على الفوسفور الأخضر. بتغيير الجهد النسبي بين السلكين في كل زوج، ينحني الشعاع في اتجاه معين، مما يسمح بالتحكم في اللون. على عكس قناع الظل، تصل الإشارة بأكملها في النهاية إلى الشاشة، مما يقلل من متطلبات الطاقة. ^{[ 7 ]}

في حال غياب إشارة اللونية ، أو تجاهلها عمدًا، يتم فصل نظام التركيز وتزويد المدفع بالطاقة. ينتج عن ذلك شعاع أقوى قليلًا وغير مركز، يصطدم بالشرائط الملونة الثلاثة، مُنتجًا صورة بالأبيض والأسود. ^{[ 7 ]} تعني المسافات بين الشرائط أن سطوع الصورة الإجمالية سيكون مماثلًا تقريبًا لسطوع مجموعة صور تقليدية بالأبيض والأسود. تتطلب مجموعة قناع الظل تزويد المدافع الثلاثة بالطاقة لإنتاج صورة بالأبيض والأسود، ونظرًا لصغر حجم البقع الملونة، كان لا بد من أن تكون طاقتها عالية جدًا.

ومن المزايا الأخرى للتركيز القريب من الشاشة أن شعاع الإلكترون كان ينحني ليصطدم بالفوسفور الموجود على اللوحة الأمامية للأنبوب بزاوية قائمة، بغض النظر عن زاوية الشعاع خلف المُركِّز. وقد سمح هذا بتصنيع الأنابيب بزوايا انحراف أعلى بكثير من الأنابيب التقليدية - 72 درجة مقابل 45 درجة الأكثر شيوعًا. وبالتالي، كانت أنابيب الكروماترون ذات عمق أقل بكثير لأي حجم أفقي مُحدد. ^{[ 7 ]}

كان لجهاز الكروماترون عدة عيوب. أحدها وجود نسبة أساسية بين التسارع الذي توفره الشبكة الكهربائية ومدفع الإلكترونات في الجزء الخلفي من الأنبوب؛ فلكي تتمكن الشبكة من التحكم في الشعاع بنجاح، كان لا بد أن تمتلك نسبة كبيرة من إجمالي الطاقة. لسوء الحظ، حدّ التصميم الميكانيكي للشبكة من قدرتها إلى جهد كهربائي يبلغ حوالي 5000 فولت أو أقل، مما حدّ بدوره من قدرة مدفع الإلكترونات إلى جهد منخفض نسبيًا يبلغ حوالي 8000 فولت. وبالتالي، كانت الطاقة الإجمالية في الكروماترون أقل من الأنابيب التقليدية، مما قلل من سطوعه الطبيعي إلى حد ما. ^{[ 8 ]}

كان الشاغل الأكثر إلحاحاً هو التصميم الميكانيكي للشبكة. وقد تبين أن جعل الأسلاك الدقيقة محاذية لشرائط الألوان على الشاشة هو نقطة ضعف التصميم .

أنشأت جامعة كاليفورنيا في بيركلي "مختبرات التلفزيون اللوني" لتطوير النظام تجاريًا، بالشراكة مع شركة باراماونت بيكتشرز التي قدمت تمويل التطوير. وبدأوا بإنتاج أنابيب PDF 22-4 النموذجية مقاس 22 بوصة في عامي 1952 و1953، بمساحة عرض تبلغ 14 × 11  بوصة. ^{[ 9 ]}

في الواقع، أثبت التصميم وجود مشاكل خطيرة. فنظرًا لأن نظام التركيز كان يتطلب تحريك الشعاع بسرعة لتوليد الألوان الصحيحة، كان لا بد من استخدام فولتيات وقدرات عالية جدًا، مما أدى إلى مشاكل في التفريغ الكهربائي وضوضاء الترددات الراديوية . كان لا بد من تطبيق حوالي 50 واط من طاقة الترددات الراديوية على الأسلاك لتوجيه شعاع الإلكترون نحو الشريط الملون الصحيح. ^{[ 10 ]} وكانت هذه المشكلة الأخيرة مزعجة للغاية عند استخدامها كأساس للتلفزيون، حيث تداخلت الضوضاء مع أجهزة استقبال الراديو التي تلتقط البث. في نهاية المطاف، تخلت الجامعة عن اهتمامها بالكروماترون، لكن شركة باراماونت واصلت تطويره كنظام لعرض الأفلام أثناء التحرير، مما يعني أن ضوضاء الترددات الراديوية لم تعد تشكل مشكلة. استمر التطوير حتى أوائل الستينيات عندما اشترت شركة سوني أعمالهم.

على الرغم من هذه المشاكل، كان نظام كروماترون واعدًا للغاية لدرجة أن العديد من الشركات واصلت تطويره طوال خمسينيات القرن الماضي. تم حل مشكلة الإشعاع بوضع الأسلاك بعيدًا عن شرائط الفوسفور، مما قلل من السعة الكهربائية وخفض متطلبات الطاقة اللازمة للتشغيل بشكل ملحوظ. لاحقًا، تم تقليل أقطار الأسلاك لاستيعاب زيادة المسافة بين شرائط الفوسفور. بالإضافة إلى ذلك، كان خرج مكبرات الفيديو الثلاثة يُبدّل معلومات اللون لتُعرض على كل شريط RGB في اللحظات الدقيقة المطلوبة. بعبارة أخرى، تشغيل مُحدد لمراحل الألوان الثلاث. لاحقًا، اعتمد نظام كولورنيترون العام هذا النهج. جربت أنابيب كروماترون اللاحقة فوسفورات ألوان مختلفة للحصول على المزيج الأمثل من السطوع والثبات. أخيرًا، تم تركيب صندوق أو قفص نحاسي كبير نسبيًا خارجيًا على جرس الجهاز لتقليل الإشعاع المتبقي من ملف الشبكة. لم تُلاحظ أي تداخلات، ووُصفت الصور المُنتجة بأنها جيدة وقابلة للعرض بشكل واضح دون أي خطوط أو تشويش مرئي. كما تم ترخيص تصميم كروماترون لاستخدامات أخرى متنوعة. استخدمت شركة ليتون للصناعات جهاز كروماترون بشاشة عرض ثنائية اللون (أزرق-أحمر) كأساس لنظام تحديد الصديق أو العدو .

بحلول عام ١٩٦١، كانت سوني شركة يابانية رائدة في تصنيع أجهزة التلفزيون بالأبيض والأسود، لكنها لم تكن تمتلك أي تقنية تلفزيون ملون. تساءل وكلاء سوني عن موعد توفر جهاز ملون، وبدأ قسم المبيعات بالضغط على قسم الهندسة لترخيص تصميم قناع الظل من شركة أخرى وبدء الإنتاج. رفض ماسارو إيبوكا ذلك، مُظهِرًا على ما يبدو شعورًا شخصيًا قويًا بأن تصميم قناع الظل معيبٌ جوهريًا. ^{[ ٤ ]}

في مارس 1961، حضر إيبوكا وأكيو موريتا ونوبوتوشي كيهارا معرض IEEE التجاري في قاعة نيويورك كوليسيوم . كانت هذه أول زيارة لكيهارا إلى الولايات المتحدة، وقد أمضى وقتًا طويلًا يتجول في أرجاء المعرض. في جناح أوتوميتريك الصغير ، رأى جهاز كروماترون معروضًا، فسارع للبحث عن موريتا وإيبوكا ليُطلعهما عليه. عندما رأى موريتا الجهاز، بدأ على الفور بالتفاوض على اجتماع في صباح اليوم التالي لزيارة مختبرات كروماتيك في مانهاتن. ^{[ 11 ]} وبحلول نهاية الاجتماع في اليوم التالي، حصل موريتا على ترخيص لإنتاج "أنبوب كروماترون وجهاز استقبال تلفزيوني ملون يستخدمه". ^{[ 12 ]}

في أوائل عام 1963، أُرسل سينري مياوكا إلى مختبرات كروماتيك لترتيب نقل التكنولوجيا إلى سوني، الأمر الذي كان سيؤدي إلى إغلاق كروماتيك. لم يُعجب مياوكا بالمختبرات، واصفًا القبو المظلم بأنه "قذر". ^{[ 13 ]} سارع الفريق الأمريكي إلى الإشارة إلى عيوب تصميم كروماترون، وأخبروا مياوكا أن التصميم ميؤوس منه. بحلول سبتمبر 1964،  تم بناء نموذج أولي بحجم 17 بوصة في اليابان، لكن تجارب الإنتاج الضخم أظهرت مشاكل خطيرة.

ظل إيبوكا داعمًا قويًا لهذه التقنية، ومضى قدمًا في بناء مصنع جديد لإنتاجها بالقرب من محطة أوساكي في طوكيو . لكن هذا القرار لم يكن صائبًا؛ ففي الدفعات الأولى، لم يكن صالحًا للاستخدام سوى أنبوب واحد إلى ثلاثة أنابيب من كل ألف أنبوب منتج. أما البقية، فقد عانت من مشاكل في المحاذاة، حيث تتلاشى الألوان تدريجيًا عبر الشاشة، وهو أمر يستحيل إصلاحه بعد إغلاق الأنبوب. وعلى الرغم من انخفاض الإنتاج، سارع إيبوكا إلى إرسال الأنابيب الصالحة للاستخدام إلى معارض سوني، وجعل المنتج على رأس أولويات مبيعات سوني. لكن هذا القرار أيضًا لم يكن صائبًا؛ فقد أدى انخفاض الإنتاج إلى أن تكلفة الإنتاج بلغت حوالي 400 ألف ين، لكن سوني اضطرت لبيعها بسعر 198 ألف ين (500 دولار) لتكون قادرة على المنافسة. ^{[ 13 ]}

لم تُحل مشاكل الإنتاج قط، مما أدى إلى تصاعد التوتر بين إيبوكا وموريتا. في نوفمبر 1966، أخبر كازو إيواما سوسومو يوشيدا أن الشركة على وشك الإفلاس، وأن على الفريق تحسين الإنتاجية بحلول نهاية العام، وإلا سيُضطر إلى إلغاء المنتج. في الوقت نفسه، كانت شركة RCA تُحرز تقدمًا كبيرًا في تحسين تقنية قناع الظل، وقدمت شركات جديدة مثل " بورتا-كلر " من جنرال إلكتريك مزايا أخرى. من الواضح أن سوني كانت تتخلف عن بقية السوق باتباعها نهج كروماترون. ^{[ 14 ]}

أعلن إيبوكا أخيرًا أنه سيقود شخصيًا البحث عن نظام بديل. استكشف فريقه، المؤلف من 30 مهندسًا وفيزيائيًا، مجموعة واسعة من الأساليب بحثًا عن نظام فريد من نوعه لشركة سوني. بعد قراءة العديد من التقارير، استدعى إيبوكا الفيزيائي مياوكا، البالغ من العمر 29 عامًا، إلى مكتبه برفقة يوشيدا، وسأله عما إذا كان من الممكن تطبيق أسلوبه القائم على مسدس واحد. كان مياوكا يحاول مغادرة العمل لحضور بروفة عزف على التشيلو، فأصرّ بتهور على نجاحه. وكانت النتيجة نظام ترينيترون الشهير ، الذي طُرح للبيع عام 1968 وحظي بإشادة واسعة. ^{[ 15 ]}

قبل بيع أول أجهزة تلفزيون ترينيترون في الولايات المتحدة، تم تصنيع عدد محدود من أجهزة كروماترون مقاس 7 بوصات وعرضها للبيع في الولايات المتحدة بدءًا من أبريل 1968 تحت اسم KV 7010U. وقد تم استبدالها بعد حوالي ثلاثة أشهر بأنبوب ترينيترون KV 7010UA .

استخدمت شاشة سوني KV 7010U CRT مدفع Trinitron الذي تم اختراعه حديثًا مع شبكة أسلاك Chromatron PDA بدلاً من قناع الظل أو شبكة الفتحة.

• سوني كروماترون KV 7010U