Іконоскоп: Телевизияның алғашқы электрондық камерасы

Кіріспе

Иконоскоп (грекше: εἰκών "бейне" және σκοπεῖν "көру, қарау") – алғашқы теледидар камераларында қолданылған алғашқы практикалық бейнекамера түтігі. Иконоскоп бұрынғы механикалық конструкцияларға қарағанда әлдеқайда күшті сигнал шығарды және жарық жағдайы жақсы болған кез келген ортада қолданылуы мүмкін болды. Бұл – жарықты бір нүктеден түсіру үшін арнайы прожекторлар немесе айналмалы дискілерді пайдаланған бұрынғы камералардың орнына келген алғашқы толық электрондық жүйе. Бұл құрылғының негізгі принциптері 1923 және 1925 жылдары Владимир Зворикин теледидар жүйесіне екі патент алғанда сипатталған. 1933 жылғы маусымда Зворикин басқарған «Westinghouse Electronic Company» зерттеу тобы иконоскопты баспасөз конференциясында көпшілікке таныстырды, сондай-ақ сол жылдың қыркүйек және қазан айларында екі толыққанды техникалық мақала жарияланды. Неміс компаниясы «Telefunken» RCA-дан құқықтарды сатып алып, 1936 жылғы Жазғы Олимпиада ойындарында (Берлин) тарихи теледидар трансляциясын жүзеге асыру үшін қолданылған «Супериконоскоп» камерасын жасады. Еуропада 1936 жыл шамасында иконоскоптың орнына әлдеқайда сезімтал «Супер Эмитрон» және «Супериконоскоп» пайда болды, ал АҚШ-та иконоскоп 1936 жылдан 1946 жылға дейін телехабар тарату үшін қолданылған басты камера түтігі болды, содан кейін ол «бейне ортикон» түтігімен ауыстырылды.

Операция

Иконоскоптың негізгі бейнелеу элементі – электрлік оқшаулағыш желім арқылы алдыңғы жағына орналастырылған фотосезімді түйіршіктер үлгісі бар мика тақтасы. Түйіршіктер әдетте цезий немесе цезий оксидімен қапталған күміс дәндерінен жасалатын. Мика тақтасының артқы жағы, түйіршіктерге қарама-қарсы жағы, күміспен жіңішке қаптамамен қапталған. Тақтаның артқы жағындағы күміс пен түйіршіктердегі күмістің арасындағы аралық жеке конденсаторларды құрады, олар электр зарядын сақтай алады. Бұл әдетте пиксельдерді құрайтын кішкентай дақтар түрінде орналастырылды. Бұл жүйе «мозаика» деп аталды. Жүйе алдымен дәстүрлі теледидардағы катодты сәулелі дисплей түтігіне ұқсас электронды пушкамен сканерлеу арқылы зарядталады. Бұл процесс зарядтарды түйіршіктерге енгізеді, олар қараңғы бөлмеде белгілі бір жылдамдықпен баяу ыдырайды. Жарыққа ұшыраған кезде фотосезімді қаптама күмісте сақталған зарядпен қамтамасыз етілген электрондарды босатады. Шығару жылдамдығы жарықтың қарқындылығына пропорционалды түрде артады. Осы процесс арқылы тақта визуалды кескіннің электрлік аналогын құрайды, сақталған заряд сол жердегі кескіннің орташа жарықтығының кері шамасын көрсетеді. Электронды сәуле тақтаны қайтадан сканерлегенде, түйіршіктердегі кез келген қалдық заряд сәулемен қайта толтырылуға қарсы тұрады. Сәуленің энергиясы түйіршіктерден қарсылық көрсетілген зарядты түтікке кері қайтарып, экранның айналасына орналастырылған металл сақинамен жинау үшін реттеледі. Коллектор сақинасы жинаған заряд сол жерде сақталған зарядқа байланысты өзгереді. Бұл сигнал күшейтіліп, инверсияланады, содан кейін оң бейне сигналын білдіреді. Коллектор сақинасы фотоэмиссия процесінде түйіршіктерден босатылған электрондарды жинауға да қолданылады. Егер пушка қараңғы аймақты сканерлесе, сканерленген түйіршіктерден аз ғана электрондар босатылады, бірақ мозаиканың қалған бөлігі сол уақытта жиналатын электрондарды бөліп шығарады. Нәтижесінде, кескіннің қара деңгейі кескіннің орташа жарықтығына байланысты өзгереді, бұл иконоскоптың ерекше жарқын көрнекті стиліне ие болуына себеп болды. Бұл әдетте суретті үнемі және өте жарық етіп ұстау арқылы шешілді. Бұл сондай-ақ үй ішінде түсірілген көріністер мен ашық ауада жақсы жарық жағдайында түсірілгендер арасындағы айқын визуалды айырмашылықтарға әкелді. Электронды пушка мен кескіннің өзі түтіктің бір жағына бағытталуы керек болғандықтан, компоненттердің механикалық орналасуына назар аудару қажет. Иконоскоптар әдетте цилиндрлі түтікшеде орналасқан, ұштары жазық, ал тақтасы ұштарының бірінің алдына орналастырылған. Дәстүрлі кинокамера линзасы екінші шетінің алдына қойылып, тақтаға бағытталған. Содан кейін электронды пушка линзаның астына орналастырылып, бұрыштамамен болса да, тақтаға бағытталған. Бұл орналасудың артықшылығы - линза мен электронды пушканың екеуі де бейнелеу тақтасының алдында орналасқан, бұл жүйеге линзаның толығымен корпуста болуымен қорап тәрізді корпусқа бөлінуге мүмкіндік береді. Әрбір сканерлеу циклы кезінде фотоэлектрлік зарядтардың жиналуы мен сақталуы, сақтау түрі емес бейне сканерлеу құрылғыларына қарағанда, иконоскоптың электрлік шығысын едәуір арттырды. 1931 жылғы нұсқада электронды сәуле түйіршіктерді сканерледі; жарыққа сезімталдығы төмен, нәтижесінде таратушы немесе «камера» түтікшелерінің электр қуаты төмен болуы мәселесі 1925 жылдың басында венгр инженері Кальман Тиханьидің заряд сақтау технологиясын енгізуімен шешілді. Оның шешімі – камера түтігі, ол әрбір сканерлеу циклы бойы түтіктің ішінде электр зарядтарын («фотоэлектрондарды») жинақтап, сақтайды. Бұл құрылғы алғаш рет 1926 жылы наурыз айында Венгрияда «Радиоскоп» деп атаған теледидар жүйесі үшін патент алу туралы өтінішті тапсырды. 1928 жылы патенттік өтінімге енгізілген одан әрі жетілдірілгеннен кейін ол АҚШ-та патенттер үшін өтініш берді. Тиханьидің Radioskop патенті ЮНЕСКО-ның жалпыға ортақ маңызы бар құжат ретінде танылды, осылайша 2001 жылдың 4 қыркүйегінде әлемнің естелік бағдарламасының бөлігі болды. 1928 жылы патент берілді және файл 1931 жылы екі патентке бөлінді. Бірінші практикалық иконоскопты 1931 жылы Санфорд Эссиг жасаған, ол бір күмістелген мика табағын пеште тым ұзақ қалдырған. Микроскоппен қараған кезде ол күміс қабатының сансыз кішкентай күміс тамшыларына бөлініп кеткенін байқады. Сонымен қатар ол күміс тамшыларының кішкентай өлшемдері иконоскоптың кескінін кванттық секіру арқылы жақсартатынын байқады. Америка радио корпорациясының (RCA) теледидарды дамыту басшысы ретінде, Зворыкин 1931 жылдың қараша айында патенттік өтініш берді, ол 1935 жылы берілді. Сонымен қатар, 1933 жылы Фило Фарнсуорт зарядты сақтау тақтасын және төмен жылдамдықты электронды сканерлеу сәулесін пайдаланатын құрылғыға патент алуға да өтініш берді. Тиісті патент 1937 жылы берілді, бірақ Фарнсуорт төмен жылдамдықты сканерлеу сәулесі мақсатқа перпендикуляр түсуі керек екенін білмеді және ол мұндай түтікшелерді ешқашан жасаған жоқ. Иконоскоп 1933 жылдың маусымында баспасөз конференциясында көпшілікке таныстырылды, бұл жаңа құрылғы бастапқы emitron және иконоскоптан он еседен он бес есеге дейін сезімтал болды және ол 1937 жылғы Еске алу күнінде BBC тарапынан алғаш рет қоғамдық хабар тарату үшін қолданылды.

The main image forming element in the iconoscope was a mica plate with a pattern of photosensitive granules deposited on the front using an electrically insulating glue. The granules were typically made of silver grains covered with caesium or caesium oxide. The back of the mica plate, opposite the granules, was covered with a thin film of silver. The separation between the silver on the back of the plate and the silver in the granules caused them to form individual capacitors, able to store electrical charge. These were typically deposited as small spots, creating pixels. The system as a whole was referred to as a "mosaic". The system is first charged up by scanning the plate with an electron gun similar to one in a conventional television cathode ray display tube. This process deposits charges into the granules, which in a dark room would slowly decay away at a known rate. When exposed to light, the photosensitive coating releases electrons which are supplied by the charge stored in the silver. The emission rate increases in proportion to the intensity of the light. Through this process, the plate forms an electrical analog of the visual image, with the stored charge representing the inverse of the average brightness of the image at that location. When the electron beam scans the plate again, any residual charge in the granules resists refilling by the beam. The beam energy is set so that any charge resisted by the granules is reflected back into the tube, where it is collected by the collector ring, a ring of metal placed around the screen. The charge collected by the collector ring varies in relation to the charge stored in that location. This signal is then amplified and inverted, and then represents a positive video signal. The collector ring is also used to collect electrons being released from the granules in the photoemission process. If the gun is scanning a dark area few electrons would be released directly from the scanned granules, but the rest of the mosaic will also be releasing electrons that will be collected during that time. As a result, the black level of the image will float depending on the average brightness of the image, which caused the iconoscope to have a distinctive patchy visual style. This was normally combatted by keeping the image continually and very brightly lit. This also led to clear visual differences between scenes shot indoors and those shot outdoors in good lighting conditions. As the electron gun and the image itself both have to be focused on the same side of the tube, some attention has to be paid to the mechanical arrangement of the components. Iconocopes were typically built with the mosaic inside a cylindrical tube with flat ends, with the plate positioned in front of one of the ends. A conventional movie camera lens was placed in front of the other end, focused on the plate. The electron gun was then placed below the lens, tilted so that it was also aimed at the plate, although at an angle. This arrangement has the advantage that both the lens and electron gun lie in front of the imaging plate, which allows the system to be compartmentalized in a box shaped enclosure with the lens completely within the case. The accumulation and storage of photoelectric charges during each scanning cycle greatly increased the electrical output of the iconoscope relative to non storage type image scanning devices. In the 1931 version, the electron beam scanned the granules;

The problem of low sensitivity to light resulting in low electrical output from transmitting or "camera" tubes would be solved with the introduction of charge storage technology by the Hungarian engineer Kálmán Tihanyi in the beginning of 1925. His solution was a camera tube that accumulated and stored electrical charges ("photoelectrons") within the tube throughout each scanning cycle. The device was first described in a patent application he filed in Hungary in March 1926 for a television system he dubbed "Radioskop". After further refinements included in a 1928 patent application, and so he applied for patents in the United States. Tihanyi's Radioskop patent was recognized as a Document of Universal Significance by the UNESCO, thus became part of the Memory of the World Programme on September 4, 2001. and a patent was issued in 1928. and the file itself was divided into two patents in 1931. The first practical iconoscope was constructed in 1931 by Sanford Essig, when he accidentally left one silvered mica sheet in the oven too long. Upon examination with a microscope, he noticed that the silver layer had broken up into a myriad of tiny isolated silver globules. He also noticed that: the tiny dimension of the silver droplets would enhance the image resolution of the iconoscope by a quantum leap. As head of television development at Radio Corporation of America (RCA), Zworykin submitted a patent application in November 1931, and it was issued in 1935. Meanwhile, in 1933, Philo Farnsworth had also applied for a patent for a device that used a charge storage plate and a low velocity electron scanning beam. A corresponding patent was issued in 1937, but Farnsworth did not know that the low velocity scanning beam must land perpendicular to the target and he never actually built such a tube. The iconoscope was presented to the general public in a press conference in June 1933, this new device was between ten and fifteen times more sensitive than the original emitron and iconoscope, and it was used for a public broadcasting by the BBC, for the first time, on Armistice Day 1937.