Устройства,преобразующие изображение в электрический сигнал

Передающая телевизионная трубка — общее название класса электронно-лучевых устройств, преобразующих движущееся изображение в телевизионный видеосигнал. Главная составная часть телевизионных передающих камер и видеокамер, использовавшаяся до появления полупроводниковых светочувствительных матриц

Первоначально основывались на внешнем фотоэффекте, позднее — на внутреннем. Самые известные представители, в порядке появления — иконоскоп, суперортикон, видикон.

Иконоскоп — первая электронная передающая телевизионная трубка, изобретена и запатентована В. К. Зворыкиным, работавшим в это время в компании Radio Corporation of America. В основе работы иконоскопа лежат явления внешнего фотоэффекта и накопление зарядов.

Советские источники приписывают изобретение иконоскопа С. И. Катаеву, который подал заявку на полтора месяца раньше Зворыкина. В действительности, первые работающие экспериментальные образцы иконоскопов были созданы Зворыкиным ещё до 1930 года, а первые опыты по электронному получению и передаче изображений происходили ещё в 1911 году под руководством Б. Л. Розинга в Санкт-Петербурге. Устройство иконоскопа приведено на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Устройство иконоскопа
1 – светочувствительная мишень 7 - модулятор
2 – изоляционная пластина 8 - катод
3 – металлическая пластина 9 – отклоняющая система
4 – второй анод 10 - баллон
5 – фокусирующий электрод 11 - объектив
6 – первый анод

Иконоскоп состоит из вакуумной стеклянной колбы, в которой укреплена светочувствительная мишень, на которую объективом проецируется изображение; приваренной к колбе под углом электронно-лучевой пушки, размещённой сбоку или снизу от объектива; и систем, отклоняющих и фокусирующих электронный луч.

Иконоскоп был прибором, который впервые позволил реализовать чисто электронное телевидение, без механических развёртывающих элементов. Он позволил в сотни раз (с 30х40 до 300х400, а позднее и 1000х1000 элементов) увеличить количество элементов в телевизионном изображении.

Неизменными составными частями передающих телевизионных трубок были светочувствительная мишень, куда проецировалось изображение, и в которой происходило накопление зарядов, и электронно-лучевая пушка, осуществлявшая сканирование мишени. Накопление зарядов происходило в течение всего времени кадра, а считывание - практически мгновенно, при прохождении электронного луча. Для вещательного телевидения соотношение времени накопления и времени считывания - около полумиллиона. Сканирование мишени производилось с помощью отклонения электронного луча магнитным полем, как и в кинескопе. Для увеличения чувствительности и отношения сигнал/шум в конструкцию вводились дополнительные элементы, например, секция переноса, представлявшая собой оптико-электронный преобразователь. В этом случае на мишень падал не свет, а ускоренные электроны, выбитые из фотокатода.

Слово «трубка» в названии является калькой с англ. tube, которым долгое время обозначали все вакуумные электронные приборы. В действительности, форму «трубки» имели только видиконы, остальные приборы помещались в стеклянные баллоны довольно сложной и иногда несимметричной формы.

Габариты передающих телевизионных трубок были весьма большими, до полуметра в длину при размере светочувствительной мишени порядка 1 дециметра. Прогресс способствовал уменьшению размеров, наиболее массовыми в студийных камерах были трубки с диаметром в 1 дюйм, а для применения в бытовой и репортажной аппаратуре были разработаны и полудюймовые видиконы. Как правило, для фокусировки использовалось магнитное поле, так же, как и для отклонения луча, поэтому дополнительно габариты телекамеры увеличивались из-за фокусирующе-отклоняющей системы.

В настоящее время применяются только в узкоспециальном оборудовании, например, в сверхскоростной съёмке

В массовом применении полностью вытеснены полупроводниковыми датчиками изображения.

Наиболее совершенная трубка – видикон. Видико́н (англ. Vidicon, от лат. video — вижу и др.-греч. εἰκών — изображение) — передающая телевизионная трубка с накоплением заряда, действие которой основано на внутреннем фотоэффекте. Наиболее распространенный тип передающей трубки в телевизионных передающих камерах до появления полупроводниковых матриц. Устройство видикона приведено на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Устройство видикона.

Изображение в видиконе проецируется на плоскую мишень из полупроводникового материала, на котором накапливается потенциальный рельеф. Мишень сканируется электронным лучом, подключающим считываемый участок к нагрузке. Рельеф при этом разрушается и восстанавливается к моменту следующего прохода луча.

Видиконы создают видеосигнал при минимальной освещённости мишени от десятых долей до десятков люкс, обеспечивая разрешающую способность от 400 до 10 000 линий. Светочувствительность передающих камер на видиконе ограничена только шумами видеоусилителя и растёт при их уменьшении. Если потери из-за такого ограничения велики (например, при сверхвысоком разрешении), то используются видиконы, в которых отражённый от мишени луч усиливается вторично-электронным умножителем.

Чем выше число строк, тем качественнее, чётче изображение и тем больше информации на экране. В то же время чем выше число строк, тем шире должна быть используемая полоса частот (соответственно тем меньше можно создать телеканалов). Считается, что обычному кинокадру на 35 мм плёнке соответствовало бы телевизионное изображение с 900 строками. В телевидении стандартной четкости такое качество не достигается. Европейский стандарт разложения для передачи использует 625 строк, из которых активных, то есть, видимых на экране — 576. Американский стандарт использует 525 строк из которых активных — 480 (стандарт VGA). Во Франции существовала система с 819 строками, но сейчас она уже вымерла (такой канал занимал полосу 14 МГц). Современные стандарты телевидения высокой четкости предусматривают количество строк 720 и 1080, что обеспечивает высокое качество изображения. Использование для передачи цифрового сжатия потока видеоданных позволяет передавать такое изображение по относительно узкому каналу.