Иконоскоп: первая электронная телевизионная камера.

Введение

Иконоскоп (от греческого εἰκών — «образ» и σκοπεῖν — «смотреть, видеть») был первой практической видеокамерной трубкой, использовавшейся в ранних телевизионных камерах. Иконоскоп выдавал гораздо более сильный сигнал, чем более ранние механические конструкции, и мог применяться в любых хорошо освещенных условиях. Это была первая полностью электронная система, пришедшая на смену прежним камерам, использовавшим специальные прожекторы или вращающиеся диски для захвата света из единственной очень ярко освещенной точки. Некоторые принципы этого аппарата были описаны, когда Владимир Зворыкин подал два патента на телевизионную систему в 1923 и 1925 годах. Исследовательская группа Westinghouse Electronic Company под руководством Зворыкина представила иконоскоп широкой публике на пресс-конференции в июне 1933 года, а в сентябре и октябре того же года были опубликованы две подробные технические статьи. Немецкая компания Telefunken приобрела права у RCA и создала камеру супериконоскопа, использованную для исторической телевизионной трансляции на летних Олимпийских играх 1936 года в Берлине. В Европе иконоскоп был заменен примерно в 1936 году гораздо более чувствительными Super Emitron и Superikonoskop, а в Соединенных Штатах иконоскоп оставался основной камерной трубкой, используемой для вещания с 1936 по 1946 год, когда его сменила камера orthicon.

Операция

Основным элементом формирования изображения в иконоскопе была пластина из слюды с нанесенным на лицевую сторону рисунком светочувствительных гранул с использованием электроизолирующего клея. Гранулы обычно изготавливались из серебряных зерен, покрытых цезием или оксидом цезия. Задняя сторона слюдяной пластины, напротив гранул, была покрыта тонкой пленкой серебра. Разделение между серебром на задней стороне пластины и серебром в гранулах приводило к образованию отдельных конденсаторов, способных накапливать электрический заряд. Они обычно осаждались в виде небольших точек, формируя пиксели. Вся система называлась "мозаикой". Система первоначально заряжалась путем сканирования пластины электронным лучом, аналогичным лучу в обычной кинескопе телевизионной трубки. Этот процесс вводил заряды в гранулы, которые в темной комнате медленно рассеивались с известной скоростью. При воздействии света светочувствительное покрытие высвобождало электроны, которые обеспечивались зарядом, накопленным в серебре. Скорость эмиссии увеличивалась пропорционально интенсивности света. В результате пластина формировала электрический аналог визуального изображения, где накопленный заряд представлял собой обратную величину средней яркости изображения в этой точке. Когда электронный луч снова сканировал пластину, любой остаточный заряд в гранулах препятствовал повторному заполнению лучом. Энергия луча устанавливалась таким образом, чтобы любой заряд, сопротивляемый гранулами, отражался обратно в трубку, где он собирался коллекторным кольцом – металлическим кольцом, расположенным вокруг экрана. Заряд, собираемый коллекторным кольцом, изменялся в зависимости от заряда, накопленного в данной точке. Этот сигнал затем усиливался и инвертировался, представляя собой положительный видеосигнал. Коллекторное кольцо также использовалось для сбора электронов, высвобождаемых из гранул в процессе фотоэмиссии. Если луч сканировал темную область, из сканированных гранул высвобождалось немного электронов, но остальная часть мозаики также высвобождала электроны, которые собирались в течение этого времени. В результате уровень черного цвета изображения колебался в зависимости от средней яркости изображения, что придавало иконоскопу характерный пятнистый визуальный стиль. Обычно с этим боролись, поддерживая изображение постоянно и очень ярко освещенным. Это также приводило к явным визуальным различиям между сценами, снятыми в помещении, и сценами, снятыми на открытом воздухе при хорошем освещении. Поскольку электронный луч и само изображение должны были быть сфокусированы на одной стороне трубки, требовалось уделять внимание механической компоновке элементов. Иконоскопы обычно строились с мозаикой внутри цилиндрической трубки с плоскими торцами, при этом пластина располагалась перед одним из торцов. Перед другим торцом помещался обычный объектив кинокамеры, сфокусированный на пластине. Затем электронный луч помещали под объектив, наклонив его так, чтобы он также был направлен на пластину, хотя и под углом. Такая компоновка имела преимущество в том, что как объектив, так и электронный луч располагались перед пластиной изображения, что позволяло разместить систему в корпусе коробчатой формы, полностью закрывающем объектив. Накопление и хранение фотоэлектрических зарядов во время каждого цикла сканирования значительно увеличивали электрическую мощность иконоскопа по сравнению с устройствами сканирования изображений без хранения. В версии 1931 года электронный луч сканировал гранулы; проблема низкой светочувствительности, приводящая к низкой электрической мощности передающих или "камерных" трубок, была решена с внедрением технологии хранения заряда венгерским инженером Кальманом Тиханьи в начале 1925 года. Его решение заключалось в камере, которая накапливала и хранила электрические заряды ("фотоэлектроны") внутри трубки на протяжении каждого цикла сканирования. Устройство было впервые описано в заявке на патент, поданной им в Венгрии в марте 1926 года для телевизионной системы, которую он назвал "Радиоскоп". После дальнейших усовершенствований, включенных в патентную заявку 1928 года, он подал заявки на патенты в Соединенных Штатах. Патент Тиханьи на "Радиоскоп" был признан ЮНЕСКО Документом всеобщего значения и, таким образом, вошел в программу "Память мира" 4 сентября 2001 года, а патент был выдан в 1928 году, а сам файл был разделен на два патента в 1931 году. Первый практический иконоскоп был построен в 1931 году Сэнфордом Эссигом, когда он случайно оставил один серебряный лист слюды в печи слишком надолго. При исследовании под микроскопом он заметил, что серебряный слой разделился на множество крошечных изолированных серебряных шариков. Он также заметил, что: крошечные размеры серебряных капель значительно повысят разрешение изображения иконоскопа. Будучи главой отдела разработки телевидения в Radio Corporation of America (RCA), Зворыкин подал заявку на патент в ноябре 1931 года, который был выдан в 1935 году. Тем временем, в 1933 году, Фило Фарнсуорт также подал заявку на патент на устройство, использующее пластину для хранения заряда и электронный луч для сканирования с низкой скоростью. Соответствующий патент был выдан в 1937 году, но Фарнсуорт не знал, что луч сканирования с низкой скоростью должен падать перпендикулярно мишени, и он так и не построил такую трубку. Иконоскоп был представлен общественности на пресс-конференции в июне 1933 года; это новое устройство было в десять-пятнадцать раз более чувствительным, чем оригинальный эмиттрон и иконоскоп, и оно было использовано для публичного вещания BBC впервые в День памяти павших в 1937 году.

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.