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El tubo de cámara Vidicon
Un tubo de rayos catódicos convierte una señal en una imagen. Aplicando la misma idea al revés, se obtiene la mitad más difícil de la televisión: convertir una imagen en una señal, en directo, treinta veces por segundo, sin película y sin retraso.
Paul Weimer, Stanley Forgue y Robert Goodrich, de RCA, publicaron el vidicon en 1950, y es el diseño que hizo comunes las cámaras de televisión. Lo que existía antes era enorme. El iconoscopio de Zworykin, de 1931, necesitaba niveles de luz que hacían insoportable trabajar en los estudios. El image orthicon de 1945 era excelente, tenía el tamaño de un periódico enrollado, costaba tanto como un coche y necesitaba un operador experto manejando sus controles.
El vidicon es un tubo de 25 mm de diámetro y 130 mm de largo con una idea simple en su interior: una lámina de fotoconductor (exactamente el material del primer plano de este lote), con una película conductora transparente en la parte frontal y nada en absoluto en la posterior. La luz incide en la parte frontal y hace que el fotoconductor se vuelva localmente conductor, de modo que la carga se filtra por la superficie posterior en proporción a la luz. Después, un haz de electrones recorre la superficie posterior y repone la carga. La corriente que se necesita para ello, momento a momento, ES la señal de vídeo.
Es una solución de una economía admirable. El blanco integra la luz durante un cuadro completo entre las visitas del haz, de modo que recoge todo en lugar de muestrear; el barrido lee y reinicia en la misma operación; y todo el conjunto funciona con unos pocos cientos de voltios en lugar de la complejidad del image orthicon.
Y hereda, directa e inevitablemente, los dos defectos medidos en el plano del fotocelda. El fotoconductor es lento, así que un objeto en movimiento se emborrona: el fallo que todos los que lo usaban llamaron LAG. Y una imagen fija brillante permanece en el blanco mucho después de haber desaparecido, lo que es la quemadura de imagen, y por eso a todo operador de las primeras cámaras de televisión se le enseñaba a nunca apuntar la cámara a una luz.
El plano hermano al final de este lote es el CCD, que resolvió ambos problemas abandonando por completo la ganancia fotoconductora. Este es el dispositivo que tenía que superar.
Avanzado
5 horas
Instrucciones
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El objetivo: un condensador que se descarga con la luz
El objetivo: un condensador que se descarga con la luz
Desmonta mentalmente todo el tubo en cuatro partes, de delante hacia atrás.
THE FACEPLATE es vidrio con un recubrimiento conductor transparente en su superficie interior: óxido de estaño, el mismo material que hay en el interior de un calefactor de escaparate y en el LCD vidrio más adelante en este lote. Se llama placa de señal y es el terminal de salida del tubo. Es transparente para que la luz la atraviese y conductora para que la carga pueda recogerse de ella.
THE TARGET es una capa de fotoconductor evaporada sobre la placa de señal, de unos pocos micrómetros de grosor. En el vidicón original era trisulfuro de antimonio. Es un semiconductor con una banda prohibida de alrededor de 1,7 eV, lo que hace que responda en todo el espectro visible, y en la oscuridad es un aislante muy bueno.
THE SCANNED FACE es la parte trasera del objetivo, y no tiene nada encima. Es fotoconductor desnudo que mira hacia el vacío.
THE GUN está en el extremo lejano, con un yugo de deflexión y una bobina de enfoque alrededor del tubo, exactamente como en el plano del tubo de rayos catódicos al que este enlaza.
NOW THE MECHANISM, y conviene ir despacio porque no es lo que la gente supone.
El objetivo es un condensador. La placa de señal es una armadura; la superficie trasera libre es la otra; el fotoconductor es el dieléctrico entre ambas, de unos pocos micrómetros de grosor, lo que hace que la capacitancia por unidad de área sea grande.
START WITH THE BEAM tras haber barrido un punto. El haz es una fuente de electrones a esencialmente cero voltios, así que carga esa zona de la superficie trasera hasta el potencial del cátodo y luego se detiene: no puede hacerla más negativa que su propia fuente. La placa de señal se mantiene en unos +30 V. Así que cada zona del objetivo es ahora un pequeño condensador cargado con unos 30 V a través de sus pocos micrómetros.
NOW LEAVE IT durante un tiempo de cuadro, una cuarentava parte de segundo en un sistema de 25 Hz.
EN THE DARK, el fotoconductor es un aislante y la carga se mantiene. La zona sigue en el potencial del cátodo cuando el haz vuelve a pasar, así que el haz no tiene nada que hacer y no fluye corriente. Oscuridad equivale a ninguna señal.
EN THE LIGHT, el fotoconductor conduce en proporción a la iluminación, así que la carga se filtra a través de él desde la superficie trasera hasta la placa de señal. Esa zona de la superficie trasera se desplaza hacia positivo. Cuánto se desplaza depende de cuánta luz cayó allí y durante cuánto tiempo: INTEGRATES.
WHEN THE BEAM RETURNS debe reponer exactamente la carga que se filtró, para devolver esa zona al potencial del cátodo. Esa carga de reposición, que fluye a través de la placa de señal hacia el circuito externo, es la señal de vídeo.
Tres cosas se deducen de inmediato y cada una importa.
IT INTEGRATES, por lo que es mucho más sensible que un dispositivo que solo muestrea la luz en el instante en que pasa el haz. Todo el tiempo de cuadro es tiempo de exposición. Es la misma razón por la que una placa fotográfica supera al ojo en astronomía.
THE SIGNAL IS A CURRENT INTO A CAPACITOR, así que la impedancia de salida del tubo es alta y engorrosa, y el preamplificador que le sigue determina el nivel de ruido de toda la cámara. Los preamplificadores de los tubos de cámara eran un arte en sí mismos.
AND THE BEAM RESETS AS IT READS. No hay un borrado separado. Leer y limpiar son la misma operación, lo cual es elegante y también significa que obtienes exactamente una mirada a cada cuadro.
Herramientas necesarias:
2
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Por dónde pasa una imagen en su camino a convertirse en señal
Por dónde pasa una imagen en su camino a convertirse en señal
El diagrama sigue un punto de luz desde la lente hasta la salida de vídeo y señala en cada etapa qué se gana y qué se pierde irremediablemente.
La razón para dibujarlo en lugar de describirlo es que tres de estas etapas son compartidas por todos los sensores de imagen que se han construido y dos de ellas son propias del tubo. Saber distinguir cuál es cuál es lo que hace legible el CCD blueprint al final del lote: el CCD conserva las etapas compartidas, descarta las dos propias y añade dos problemas propios.
FOLLOW THE LOSSES. Los fotones que no alcanzan el objetivo se pierden. Los fotones absorbidos fuera de la banda de respuesta del fotoconductor se pierden. La carga que no se ha escapado por completo cuando llega el haz es remanencia. La carga que se escapó de una mancha NEIGHBOURING es pérdida de resolución. Y el propio punto de impacto del haz tiene un tamaño finito, que fija la resolución del tubo independientemente de todo lo demás.
La etapa marcada BEAM LANDING es donde las cámaras de tubo más difieren de cualquier cosa moderna. No hay píxeles en un vidicón. El blanco es continuo, y la imagen solo se divide según el lugar donde el haz se encuentra en cada momento y lo nítidamente que está enfocado. La resolución es, por tanto, una propiedad del SCANNING, no del sensor, y se degrada en los bordes de la imagen, donde el haz incide oblicuamente y su punto se convierte en una elipse.
Ese hecho único explica por qué las cámaras de tubo necesitaban ajustes constantes y por qué dos cámaras nunca coincidían del todo, y es la razón más profunda por la que la industria acabó queriendo algo con una rejilla física fija.
Flow
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Ordenador de sobremesa3
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Remanencia: ponle un número al arrastre
Remanencia: ponle un número al arrastre
Cargando el cuaderno de Jupyter…
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2- Marcador de posición
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