Трубки видеокамеры — это устройства на основе электронно-лучевой трубки , которые использовались в телевизионных камерах для захвата телевизионных изображений до появления датчиков изображения с зарядовой связью (ПЗС) в 1980-х годах. Несколько различных типов трубок использовались с начала 1930-х годов и вплоть до 1990-х годов.
В этих трубках электронный луч сканирует изображение сцены, которая будет транслироваться, сфокусированное на цели. Это генерирует ток, который зависит от яркости изображения на цели в точке сканирования. Размер ударного луча крошечный по сравнению с размером цели, что позволяет получить 480–486 горизонтальных строк сканирования на изображение в формате NTSC , 576 строк в PAL [1] и до 1035 строк в Hi-Vision .
Любая вакуумная трубка, которая работает с использованием сфокусированного пучка электронов, первоначально называемого катодными лучами , известна как электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Они обычно рассматриваются как устройства отображения, используемые в старых (т. е. не плоских ) телевизионных приемниках и компьютерных дисплеях. Трубки захвата камеры, описанные в этой статье, также являются ЭЛТ, но они не отображают изображение. [2]
В июне 1908 года научный журнал Nature опубликовал письмо, в котором Алан Арчибальд Кэмпбелл-Суинтон , член Королевского общества ( Великобритания ), обсуждал, как можно реализовать полностью электронную телевизионную систему, используя электронно-лучевые трубки (или трубки «Брауна», в честь их изобретателя Карла Брауна ) как в качестве устройств формирования изображений, так и в качестве устройств отображения. [3] Он отметил, что «реальные трудности заключаются в разработке эффективного передатчика», и что возможно, что «ни одно известное в настоящее время фотоэлектрическое явление не обеспечит того, что требуется». [3] Электронно-лучевая трубка была успешно продемонстрирована в качестве устройства отображения немецким профессором Максом Дикманом в 1906 году; его экспериментальные результаты были опубликованы журналом Scientific American в 1909 году. [4] Кэмпбелл-Суинтон позже расширил свое видение в президентском обращении к Рентгеновскому обществу в ноябре 1911 года. Фотоэлектрический экран в предлагаемом передающем устройстве представлял собой мозаику из изолированных рубидиевых кубиков. [5] [6] Его концепция полностью электронной телевизионной системы была позже популяризирована как «Электронная сканирующая система Кэмпбелла-Суинтона» Хьюго Гернсбаком и Х. Уинфилдом Секором в выпуске популярного журнала Electrical Experimenter за август 1915 года [7] и Маркусом Дж. Мартином в книге 1921 года «Электрическая передача фотографий» . [8] [9] [10]
В письме в Nature, опубликованном в октябре 1926 года, Кэмпбелл-Суинтон также объявил о результатах некоторых «не очень успешных экспериментов», которые он провел с GM Minchin и JCM Stanton. Они пытались сгенерировать электрический сигнал, проецируя изображение на покрытую селеном металлическую пластину, которая одновременно сканировалась катодным лучом . [11] [12] Эти эксперименты проводились до марта 1914 года, когда умер Minchin, [13] но позже они были повторены двумя другими командами в 1937 году, H. Miller и JW Strange из EMI , [14] и H. Iams и A. Rose из RCA . [15] Обе команды преуспели в передаче «очень слабых» изображений с оригинальной пластиной Кэмпбелла-Суинтона, покрытой селеном, но гораздо лучшие изображения были получены, когда металлическая пластина была покрыта сульфидом цинка или селенидом, [14] или оксидом алюминия или циркония, обработанным цезием. [15] Эти эксперименты легли в основу будущего видикона. Описание устройства формирования изображений на основе ЭЛТ также появилось в патентной заявке, поданной Эдвардом-Густавом Шульцем во Франции в августе 1921 года и опубликованной в 1922 году, [16] хотя работающее устройство было продемонстрировано лишь несколько лет спустя. [15]
Диссектор изображения — это трубка камеры, которая создает «электронное изображение» сцены из фотокатодных излучений (электронов), которые проходят через сканирующую апертуру к аноду , который служит детектором электронов. [17] [1] Среди первых, кто спроектировал такое устройство, были немецкие изобретатели Макс Дикман и Рудольф Хелл , [12] [18] которые назвали свою патентную заявку 1925 года Lichtelektrische Bildzerlegerröhre für Fernseher ( Фотоэлектрическая диссекторная трубка изображения для телевидения ). [19] Термин может применяться конкретно к диссекторной трубке, использующей магнитные поля для удержания электронного изображения в фокусе, [1] элемент, отсутствующий в конструкции Дикмана и Хелла, и в ранних диссекторных трубках, созданных американским изобретателем Фило Фарнсвортом . [12] [20]
Дикман и Хелл подали заявку в немецкое патентное ведомство в апреле 1925 года, а патент был выдан в октябре 1927 года. [19] Их эксперименты с диссектором изображений были объявлены в выпуске популярного журнала Discovery за сентябрь 1927 года [21] [22] и в выпуске журнала Popular Radio за май 1928 года . [23] Однако им никогда не удавалось передавать четкое и хорошо сфокусированное изображение с помощью такой трубки. [ необходима ссылка ]
В январе 1927 года американский изобретатель и пионер телевидения Фило Т. Фарнсворт подал заявку на патент на свою телевизионную систему , которая включала устройство для «преобразования и рассечения света». [20] Первое движущееся изображение было успешно передано 7 сентября 1927 года, [24] а патент был выдан в 1930 году. [20] Фарнсворт быстро внес улучшения в устройство, среди которых были введение электронного умножителя из никеля [25] [26] и использование «продольного магнитного поля» для резкой фокусировки электронного изображения. [27] Улучшенное устройство было продемонстрировано прессе в начале сентября 1928 года. [12] [28] [29] Введение мультипактора в октябре 1933 года [30] [31] и многодинодного «электронного умножителя» в 1937 году [32] [ 33] сделало диссектор изображения Фарнсворта первой практической версией полностью электронного устройства формирования изображений для телевидения. [34] Он имел очень низкую светочувствительность и поэтому был полезен только там, где освещение было исключительно высоким (обычно более 685 кд /м2 ) . [35] [36] [37] Однако он был идеален для промышленных применений, таких как мониторинг яркого интерьера промышленной печи. Из-за своей низкой светочувствительности диссекторы изображений редко использовались в телевизионном вещании, за исключением сканирования пленки и других диапозитивов. [ необходима цитата ]
В апреле 1933 года Фарнсворт подал патентную заявку, также озаглавленную «Image Dissector » , но в которой на самом деле описывалась трубка камеры типа ЭЛТ. [38] Это один из первых патентов, предлагающих использование «низкоскоростного» сканирующего луча, и RCA пришлось купить его, чтобы продавать трубки изображения ортикона широкой публике. [39] Однако Фарнсворт никогда не передавал четкое и хорошо сфокусированное изображение с помощью такой трубки. [40] [41]
Диссекторы использовались лишь недолгое время для исследований в телевизионных системах, прежде чем были заменены другими, гораздо более чувствительными трубками, основанными на явлении накопления заряда, такими как иконоскоп в 1930-х годах. Хотя трубки камеры, основанные на идее технологии диссектора изображения, быстро и полностью вышли из употребления в области телевизионного вещания, они продолжали использоваться для получения изображений на ранних метеорологических спутниках и лунном модуле, а также для отслеживания положения звезд в космическом челноке и на Международной космической станции.
Оптическая система диссектора изображения фокусирует изображение на фотокатоде, установленном внутри высокого вакуума. Когда свет попадает на фотокатод, электроны испускаются пропорционально интенсивности света (см. фотоэлектрический эффект ). Все электронное изображение отклоняется, и сканирующая апертура позволяет только тем электронам , которые исходят из очень маленькой области фотокатода, быть захваченными детектором в любой момент времени. Выходной сигнал детектора представляет собой электрический ток, величина которого является мерой яркости соответствующей области изображения. Электронное изображение периодически отклоняется по горизонтали и вертикали (« растровое сканирование ») таким образом, что все изображение считывается детектором много раз в секунду, производя электрический сигнал, который может быть передан на устройство отображения , например, монитор ЭЛТ, для воспроизведения изображения. [17] [1]
Диссектор изображения не обладает свойством « хранения заряда »; подавляющее большинство электронов, испускаемых фотокатодом, исключается сканирующей апертурой [18] и, таким образом, тратится впустую, а не сохраняется на фоточувствительной мишени.
Ранние электронные трубки камеры (например, диссектор изображения ) страдали от очень разочаровывающего и фатального недостатка: они сканировали объект, и то, что было видно в каждой точке, было лишь крошечным кусочком света, видимым в тот момент, когда сканирующая система проходила над ним. Практическая функциональная трубка камеры требовала другого технологического подхода, который позже стал известен как трубка камеры с зарядом и хранением. Она была основана на новом физическом явлении, которое было открыто и запатентовано в Венгрии в 1926 году, но стало широко понятым и признанным только с 1930 года. [43]
Иконоскоп — это трубка камеры, которая проецирует изображение на специальную пластину для хранения заряда , содержащую мозаику электрически изолированных светочувствительных гранул, отделенных от общей пластины тонким слоем изолирующего материала, что несколько похоже на сетчатку человеческого глаза и ее расположение фоторецепторов . Каждая светочувствительная гранула представляет собой крошечный конденсатор, который накапливает и сохраняет электрический заряд в ответ на падающий на нее свет. Электронный луч периодически проносится по пластине, эффективно сканируя сохраненное изображение и разряжая каждый конденсатор по очереди, так что электрический выход каждого конденсатора пропорционален средней интенсивности падающего на него света между каждым событием разряда. [44] [45]
После того, как венгерский инженер Калман Тиханьи изучил уравнения Максвелла , он открыл новое, ранее неизвестное физическое явление, которое привело к прорыву в разработке электронных устройств формирования изображений. Он назвал новое явление принципом накопления заряда. (дополнительная информация: принцип накопления заряда ) Проблема низкой чувствительности к свету, приводящая к низкому электрическому выходу передающих или передающих трубок, была решена с введением технологии накопления заряда Тиханьи в начале 1925 года. [46] Его решением была передающая трубка, которая накапливала и сохраняла электрические заряды ( фотоэлектроны ) внутри трубки на протяжении каждого цикла сканирования. Устройство было впервые описано в патентной заявке, которую он подал в Венгрии в марте 1926 года на телевизионную систему, которую он назвал Radioskop. [47] После дальнейших усовершенствований, включенных в патентную заявку 1928 года, [46] патент Тиханьи был объявлен недействительным в Великобритании в 1930 году, [48] и поэтому он подал заявку на патенты в Соединенных Штатах. Идея Тиханьи о накоплении заряда и по сей день остается основным принципом в разработке устройств формирования изображений для телевидения.
В 1924 году, работая в корпорации Westinghouse Electric в Питтсбурге, штат Пенсильвания, американский инженер российского происхождения Владимир Зворыкин представил генеральному директору компании проект полностью электронной телевизионной системы. [49] [50] В июле 1925 года Зворыкин подал заявку на патент под названием «Телевизионная система» , которая включала в себя пластину для хранения заряда, изготовленную из тонкого слоя изолирующего материала (оксида алюминия), зажатого между экраном (300 ячеек) и коллоидным отложением фотоэлектрического материала (гидрида калия), состоящего из изолированных глобул. [51] Следующее описание можно прочитать между строками 1 и 9 на странице 2: «Фотоэлектрический материал, такой как гидрид калия, испаряется на оксиде алюминия или другой изолирующей среде и обрабатывается таким образом, чтобы образовался коллоидный осадок гидрида калия, состоящий из мельчайших глобул. Каждая глобула очень активна фотоэлектрически и представляет собой, по сути, мельчайшую отдельную фотоэлектрическую ячейку». Первое изображение было передано в конце лета 1925 года, [12] а патент был выдан в 1928 году. [51] Однако качество переданного изображения не впечатлило HP Davis, генерального директора Westinghouse , и Зворыкина попросили «поработать над чем-то полезным». [12] Патент на телевизионную систему был также подан Зворыкиным в 1923 году, но эта заявка не является окончательной ссылкой, поскольку были сделаны обширные изменения, прежде чем патент был выдан пятнадцать лет спустя [39] , а сам файл был разделен на два патента в 1931 году. [52] [53]
Первый практический иконоскоп был сконструирован в 1931 году Сэнфордом Эссигом, когда он случайно оставил посеребренный лист слюды в духовке слишком долго. При исследовании с помощью микроскопа он заметил, что серебряный слой распался на множество крошечных изолированных серебряных шариков. [54] Он также заметил, что «крошечный размер серебряных капель увеличит разрешение изображения иконоскопа на квантовый скачок». [18] Будучи руководителем отдела телевизионных разработок в Radio Corporation of America (RCA) , Зворыкин подал заявку на патент в ноябре 1931 года, и она была выдана в 1935 году. [45] Тем не менее, команда Зворыкина была не единственной инженерной группой, работавшей над устройствами, которые использовали пластину для хранения заряда. В 1932 году инженеры EMI Тедхэм и Макги под руководством Исаака Шенберга подали заявку на патент на новое устройство, которое они назвали «Эмитрон». [55] Служба вещания на 405 строк с использованием Emitron началась в студиях Alexandra Palace в 1936 году, а патенты были выданы в Великобритании в 1934 году и в США в 1937 году. [56]
Иконоскоп был представлен широкой публике на пресс-конференции в июне 1933 года, [57] а два подробных технических документа были опубликованы в сентябре и октябре того же года. [58] [59] [60] В отличие от диссектора изображений Фарнсворта, иконоскоп Зворыкина был гораздо более чувствительным, полезным при освещении цели от 40 до 215 люкс (4–20 фут-с ). Он также был проще в производстве и давал очень четкое изображение. [ необходима цитата ] Иконоскоп был основной трубкой камеры, используемой вещанием RCA с 1936 по 1946 год, когда он был заменен трубкой изображения ортикона. [61] [62]
Первоначальный иконоскоп был шумным, имел высокое отношение помех к сигналу и в конечном итоге дал неутешительные результаты, особенно по сравнению с механическими сканирующими системами высокой четкости, которые тогда стали доступны. [63] [64] Команда EMI под руководством Исаака Шёнберга проанализировала, как Emitron (или иконоскоп) производит электронный сигнал, и пришла к выводу, что его реальная эффективность составляла всего около 5% от теоретического максимума. Это связано с тем, что вторичные электроны, высвобождаемые из мозаики пластины для хранения заряда, когда сканирующий луч проходит по ней, могут притягиваться обратно к положительно заряженной мозаике, тем самым нейтрализуя многие из сохраненных зарядов. [65] Любшинский, Родда и Макги поняли, что лучшим решением было бы отделить функцию фотоэмиссии от функции хранения заряда, и поэтому сообщили свои результаты Зворыкину. [64] [65]
Новая видеокамера, разработанная Любшинским, Роддой и Макги в 1934 году, получила название «супер-Эмитрон». Эта трубка представляет собой комбинацию диссектора изображения и Эмитрона. Она имеет эффективный фотокатод , который преобразует свет сцены в электронное изображение; последнее затем ускоряется в направлении мишени, специально подготовленной для испускания вторичных электронов . Каждый отдельный электрон из электронного изображения производит несколько вторичных электронов после достижения мишени, так что создается эффект усиления. Мишень состоит из мозаики электрически изолированных металлических гранул, отделенных от общей пластины тонким слоем изолирующего материала, так что положительный заряд, возникающий в результате вторичной эмиссии , сохраняется в гранулах. Наконец, электронный луч периодически проносится по мишени, эффективно сканируя сохраненное изображение, разряжая каждую гранулу и производя электронный сигнал, как в иконоскопе. [66] [67] [68]
Супер-Эмитрон был в десять-пятнадцать раз чувствительнее, чем оригинальные трубки Эмитрон и иконоскоп, а в некоторых случаях это отношение было значительно больше. [65] Впервые он был использован для внешней трансляции BBC в День перемирия 1937 года, когда широкая публика могла наблюдать по телевизору, как король возлагает венок к Кенотафу. Это был первый случай, когда кто-либо мог транслировать живую уличную сцену с камер, установленных на крыше соседних зданий. [69]
С другой стороны, в 1934 году Зворыкин поделился некоторыми патентными правами с немецкой лицензиатной компанией Telefunken. [70] В результате сотрудничества был создан иконоскоп изображения (Superikonoskop в Германии). Эта трубка по сути идентична супер-Эмитрону, но мишень изготовлена из тонкого слоя изолирующего материала, размещенного поверх проводящего основания, мозаика из металлических гранул отсутствует. Производство и коммерциализация супер-Эмитрона и иконоскопа изображения в Европе не были затронуты патентной войной между Зворыкиным и Фарнсвортом, поскольку Дикман и Хелл имели приоритет в Германии на изобретение диссектора изображения, подав заявку на патент на свою Lichtelektrische Bildzerlegerröhre für Fernseher ( Фотоэлектрическая диссекторная трубка изображения для телевидения ) в Германии в 1925 году [19] , за два года до того, как Фарнсворт сделал то же самое в Соединенных Штатах. [20]
Иконоскоп изображения (Superikonoskop) стал промышленным стандартом для общественного вещания в Европе с 1936 по 1960 год, когда его заменили видикон и плюмбикон. Действительно, он был представителем европейской традиции в электронных лампах, конкурируя с американской традицией, представленной ортиконом изображения. [71] [72] Немецкая компания Heimann изготовила Superikonoskop для Олимпийских игр в Берлине 1936 года, [73] позже Heimann также производила и коммерциализировала его с 1940 по 1955 год, наконец, голландская компания Philips производила и коммерциализировала иконоскоп изображения и мультикон с 1952 по 1963 год, [72] [74] когда его заменил гораздо лучший плюмбикон. [75] [76]
Супер-Эмитрон представляет собой комбинацию диссектора изображения и Эмитрона. Изображение сцены проецируется на эффективный полупрозрачный фотокатод с непрерывной пленкой , который преобразует свет сцены в испускаемое светом электронное изображение, последнее затем ускоряется (и фокусируется) с помощью электромагнитных полей в направлении мишени, специально подготовленной для испускания вторичных электронов . Каждый отдельный электрон из электронного изображения производит несколько вторичных электронов после достижения мишени, так что создается эффект усиления, и результирующий положительный заряд пропорционален интегральной интенсивности света сцены. Мишень состоит из мозаики электрически изолированных металлических гранул, отделенных от общей пластины тонким слоем изолирующего материала, так что положительный заряд, возникающий в результате вторичной эмиссии , сохраняется в конденсаторе, образованном металлической гранулой и общей пластиной. Наконец, электронный луч периодически проходит по мишени, эффективно сканируя сохраненное изображение и разряжая каждый конденсатор по очереди, так что электрический выход каждого конденсатора пропорционален средней интенсивности света сцены между каждым событием разряда (как в иконоскопе). [66] [67] [68]
Иконоскоп изображения по сути идентичен супер-Эмитрону, но мишень состоит из тонкого слоя изолирующего материала, размещенного поверх проводящего основания, мозаика металлических гранул отсутствует. Поэтому вторичные электроны испускаются с поверхности изолирующего материала, когда электронное изображение достигает мишени, и полученные положительные заряды сохраняются непосредственно на поверхности изолированного материала. [71]
Первоначальный иконоскоп был очень шумным [63] из-за вторичных электронов, высвобождаемых из фотоэлектрической мозаики пластины хранения заряда, когда сканирующий луч проходил по ней. [65] Очевидным решением было сканировать мозаику низкоскоростным электронным лучом, который производил меньше энергии в окрестности пластины, так что вторичные электроны вообще не испускались. То есть изображение проецируется на фотоэлектрическую мозаику пластины хранения заряда, так что положительные заряды производятся и сохраняются там из-за фотоэмиссии и емкости , соответственно. Эти сохраненные заряды затем мягко разряжаются низкоскоростным электронным сканирующим лучом , предотвращая испускание вторичных электронов. [77] [18] Не все электроны в сканирующем луче могут быть поглощены мозаикой, потому что сохраненные положительные заряды пропорциональны интегрированной интенсивности освещения сцены. Оставшиеся электроны затем отклоняются обратно в анод, [38] [44] захватываются специальной сеткой , [78] [79] [80] или отклоняются обратно в электронный умножитель . [81]
Трубки с низкоскоростным сканирующим лучом имеют несколько преимуществ; существуют низкие уровни ложных сигналов и высокая эффективность преобразования света в сигнал, так что выходной сигнал максимален. Однако есть и серьезные проблемы, потому что электронный луч распространяется и ускоряется в направлении, параллельном цели, когда он сканирует границы и углы изображения, так что он производит вторичные электроны, и получается изображение, которое хорошо сфокусировано в центре, но размыто на краях. [41] [82] Хенрото был одним из первых изобретателей, предложивших в 1929 году использование низкоскоростных электронов для стабилизации потенциала пластины хранения заряда, [83] но Любшинский и команда EMI были первыми инженерами, передавшими четкое и хорошо сфокусированное изображение с помощью такой трубки. [40] Еще одним усовершенствованием является использование полупрозрачной пластины хранения заряда. Затем изображение сцены проецируется на заднюю сторону пластины, в то время как низкоскоростной электронный луч сканирует фотоэлектрическую мозаику на передней стороне. Такая конфигурация позволяет использовать прямую трубку камеры, поскольку передаваемая сцена, пластина для хранения заряда и электронная пушка могут быть выровнены друг за другом. [18]
.jpg/1280px-EMI_CPS_Emitron_Camera_Head,_1950_(7649950230).jpg)
Первая полностью функциональная низкоскоростная сканирующая лучевая трубка, CPS Emitron, была изобретена и продемонстрирована командой EMI под руководством сэра Айзека Шёнберга . [84] В 1934 году инженеры EMI Блюмлейн и Макги подали заявки на патенты на телевизионные передающие системы, в которых пластина для хранения заряда была экранирована парой специальных сеток , отрицательная (или слегка положительная) сетка лежала очень близко к пластине, а положительная располагалась дальше. [78] [79] [80] Скорость и энергия электронов в сканирующем луче были снижены до нуля замедляющим электрическим полем, создаваемым этой парой сеток, и таким образом была получена низкоскоростная сканирующая лучевая трубка. [77] [85] Команда EMI продолжала работать над этими устройствами, и Любшинский обнаружил в 1936 году, что четкое изображение может быть получено, если траектория низкоскоростного сканирующего луча будет почти перпендикулярна (ортогональна) пластине хранения заряда в ее окрестности. [40] [86] Полученное устройство было названо катодным потенциал-стабилизированным Emitron, или CPS Emitron. [77] [87] Промышленное производство и коммерциализация CPS Emitron пришлось ждать до конца Второй мировой войны ; [85] он широко использовался в Великобритании до 1963 года, когда его заменил гораздо лучший Plumbicon. [75] [76]
По другую сторону Атлантики , команда RCA под руководством Альберта Роуза начала работать в 1935 году над устройством сканирования луча с низкой скоростью, которое они назвали ортиконом. [88] [89] Ямс и Роуз решили проблему направления луча и удержания его в фокусе, установив специально разработанные отклоняющие пластины и отклоняющие катушки рядом с пластиной хранения заряда, чтобы обеспечить равномерное осевое магнитное поле. [41] [81] [90] Производительность ортикона была аналогична производительности иконоскопа изображения, [91] но он также был нестабилен при внезапных вспышках яркого света, создавая «видимость большой капли воды, медленно испаряющейся над частью сцены». [18]
Ортикон изображения (иногда сокращенно IO) был распространен в американском вещании с 1946 по 1968 год. [62] Сочетание технологий диссектора изображения и ортикона заменило иконоскоп в Соединенных Штатах, которому для адекватной работы требовалось много света . [92]
Трубка ортикона изображения была разработана в RCA Альбертом Роузом, Полом К. Ваймером и Гарольдом Б. Лоу. Она представляла собой значительный прогресс в области телевидения, и после дальнейшей разработки RCA создала оригинальные модели между 1939 и 1940 годами. [62] Национальный комитет оборонных исследований заключил контракт с RCA, по которому NDRC оплатил ее дальнейшую разработку. После разработки RCA более чувствительной трубки ортикона изображения в 1943 году RCA заключила производственный контракт с ВМС США , первые трубки были поставлены в январе 1944 года. [93] RCA начала производство ортиконов изображения для гражданского использования во втором квартале 1946 года. [62] [94]
В то время как иконоскоп и промежуточный ортикон использовали емкость между множеством небольших, но дискретных светочувствительных коллекторов и изолированной сигнальной пластиной для считывания видеоинформации, ортикон изображения использовал прямые показания заряда с непрерывного электронно-заряженного коллектора. Результирующий сигнал был невосприимчив к большинству внешних перекрестных помех сигнала от других частей цели и мог давать чрезвычайно подробные изображения. Камеры ортикона изображения все еще использовались NASA для съемки ракет Apollo/Saturn, приближающихся к орбите, хотя телевизионные сети постепенно отказались от камер. [95] [ не удалось проверить ]
Камера с ортиконами изображения может делать телевизионные снимки при свете свечи из-за более упорядоченной светочувствительной области и наличия электронного умножителя в основании трубки, который работал как высокоэффективный усилитель. Она также имеет логарифмическую кривую светочувствительности, похожую на кривую человеческого глаза . Однако она имеет тенденцию вспыхивать при ярком свете, вызывая темный ореол, видимый вокруг объекта; эта аномалия упоминалась как цветение в вещательной индустрии, когда работали трубки с ортиконами изображения. [96] Ортиконы изображения широко использовались в ранних цветных телевизионных камерах, таких как RCA TK-40/41 , где повышенная чувствительность трубки была необходима для преодоления очень неэффективной, разделяющей луч оптической системы камеры. [96] [97]
Трубка ортикона изображения в какой-то момент в разговорной речи называлась Имми. Гарри Любке, тогдашний президент Академии телевизионных искусств и наук , решил назвать свою награду в честь этого прозвища. Поскольку статуэтка была женской, ее феминизировали в Эмми . [98] Ортикон изображения использовался до конца черно-белого телевизионного производства в 1960-х годах. [99]
Ортикон изображения состоит из трех частей: фотокатода с накопителем изображения (мишени), сканера, считывающего это изображение ( электронной пушки ), и многокаскадного электронного умножителя. [100]
В хранилище изображений свет падает на фотокатод, который представляет собой светочувствительную пластину с очень отрицательным потенциалом (приблизительно -600 В), и преобразуется в электронное изображение (принцип, заимствованный из диссектора изображений). Этот электронный дождь затем ускоряется по направлению к цели (очень тонкой стеклянной пластине, действующей как полуизолятор) при потенциале земли (0 В) и проходит через очень тонкую проволочную сетку (почти 200 или 390 [101] проводов на см), очень близко (несколько сотых см) и параллельно цели, действуя как сетка экрана при слегка положительном напряжении (приблизительно +2 В). Как только электроны изображения достигают цели, они вызывают всплеск электронов за счет эффекта вторичной эмиссии . В среднем каждый электрон изображения выбрасывает несколько всплесков электронов (таким образом, добавляя усиление за счет вторичной эмиссии), и эти избыточные электроны поглощаются положительной сеткой, эффективно удаляя электроны из цели и вызывая на ней положительный заряд по отношению к падающему свету в фотокатоде. В результате получается изображение, нарисованное положительным зарядом, причем самые яркие участки имеют наибольший положительный заряд. [102]
Резко сфокусированный пучок электронов (катодный луч) генерируется электронной пушкой при нулевом потенциале и ускоряется анодом (первым динодом электронного умножителя ) вокруг пушки при высоком положительном напряжении (приблизительно +1500 В). Как только он выходит из электронной пушки, его инерция заставляет пучок двигаться от динода к задней стороне мишени. В этот момент электроны теряют скорость и отклоняются горизонтальными и вертикальными отклоняющими катушками, эффективно сканируя цель. Благодаря осевому магнитному полю фокусирующей катушки это отклонение не является прямой линией, поэтому, когда электроны достигают цели, они делают это перпендикулярно, избегая боковой составляющей. Цель находится почти при нулевом потенциале с небольшим положительным зарядом, поэтому, когда электроны достигают цели на низкой скорости, они поглощаются, не выбрасывая больше электронов. Это добавляет отрицательный заряд к положительному заряду до тех пор, пока сканируемая область не достигнет некоторого порогового отрицательного заряда, в этот момент сканирующие электроны отражаются отрицательным потенциалом, а не поглощаются (в этом процессе цель восстанавливает электроны, необходимые для следующего сканирования). Эти отраженные электроны возвращаются вниз по электронно-лучевой трубке к первому диноду электронного умножителя, окружающего электронную пушку, которая находится под высоким потенциалом. Количество отраженных электронов является линейной мерой исходного положительного заряда цели, который, в свою очередь, является мерой яркости. [103]
Таинственный темный «ореол ортикона» вокруг ярких объектов на изображении, полученном с помощью ортикона (также известный как «блуминг»), основан на том факте, что IO полагается на испускание фотоэлектронов, но очень яркое освещение может производить их больше локально, чем устройство может успешно обработать. В очень яркой точке на захваченном изображении из светочувствительной пластины выбрасывается большое количество электронов. Может быть выброшено так много электронов, что соответствующая точка на сетке сбора больше не может их впитывать, и поэтому они падают обратно в близлежащие точки на цели, подобно тому, как вода разбрызгивается в кольце, когда в нее бросают камень. Поскольку полученные в результате разбрызганные электроны не содержат достаточно энергии, чтобы выбросить дополнительные электроны там, где они приземляются, они вместо этого нейтрализуют любой положительный заряд, который был накоплен в этой области. Поскольку более темные изображения производят меньше положительного заряда на цели, избыточные электроны, отложенные всплеском, будут считываться сканирующим электронным лучом как темная область. [ необходима цитата ]
Этот эффект фактически культивировался производителями трубок в определенной степени, поскольку небольшое, тщательно контролируемое количество темного ореола имеет эффект резкости визуального изображения из-за эффекта контраста . (То есть, создавая иллюзию более резкой фокусировки, чем она есть на самом деле). Более поздняя видиконовая трубка и ее потомки (см. ниже) не демонстрируют этот эффект, и поэтому не могли использоваться для целей вещания, пока не была разработана специальная схема коррекции деталей. [104]
Видиконовая трубка — конструкция видеокамерной трубки, в которой целевым материалом является фотопроводник. Видикон был разработан в 1950 году в RCA П. К. Ваймером, С. В. Форге и Р. Р. Гудричем как простая альтернатива структурно и электрически сложному ортикону изображения. [99] [105] [106] [107] Хотя изначально в качестве фотопроводника использовался селен, использовались и другие мишени, включая кремниевые диодные матрицы. Видиконы с такими мишенями известны как Si-видиконы или ультриконы. [108] [109]
Видикон — это камера накопительного типа, в которой рисунок плотности заряда формируется излучением отображаемой сцены на фотопроводящей поверхности, которая затем сканируется пучком низкоскоростных электронов . Эта поверхность находится на стеклянной пластине и также называется мишенью. [101] [110] Более конкретно, эта стеклянная пластина покрыта прозрачным, электропроводящим слоем оксида индия и олова (ITO), поверх которого формируется фотопроводящая поверхность путем нанесения фотопроводящего материала, который может быть нанесен в виде небольших квадратов с изоляцией между квадратами. Фотопроводник обычно является изолятором, но становится частично проводящим при ударе электронов. [101] Выход трубки поступает из слоя ITO. [108]
Мишень находится под положительным напряжением 30 вольт, а катод в трубке находится под отрицательным напряжением 30 вольт. Катод испускает электроны, которые модулируются сеткой G1 и ускоряются сеткой G2, создавая электронный луч. Магнитные катушки отклоняют, фокусируют и выравнивают электронный луч так, чтобы он мог сканировать поверхность мишени. Луч осаждает электроны на мишени, и когда достаточное количество фотонов попадает на мишень, между двумя электропроводящими слоями мишени возникает разница в токе, и благодаря подключению к электрическому резистору эта разница выводится в виде напряжения. Колеблющееся напряжение, создаваемое в мишени, соединяется с видеоусилителем [ 101] и используется для воспроизведения отображаемой сцены, другими словами, это видеовыход. Электрический заряд, создаваемый изображением, будет оставаться на лицевой панели до тех пор, пока оно не будет отсканировано или пока заряд не рассеется. Специальные видиконы могут иметь разрешение до 5000 телевизионных линий. [111]
Используя пироэлектрический материал, такой как триглицинсульфат (TGS) в качестве мишени, можно получить видикон, чувствительный к широкому участку инфракрасного спектра [112] . Эта технология была предшественником современной технологии микроболометров и в основном использовалась в тепловизионных камерах для пожаротушения. [113]
До проектирования и строительства зонда Galileo к Юпитеру , в конце 1970-х — начале 1980-х годов НАСА использовало камеры-видиконы почти на всех беспилотных космических зондах, оснащенных возможностью дистанционного зондирования . [114] Трубки-видиконы также использовались на борту первых трех спутников Landsat , запущенных в 1972 году, как часть системы визуализации Return Beam Vidicon (RBV) каждого космического корабля. [115] [116] [117] Uvicon , ультрафиолетовый вариант видикона , также использовался НАСА для ультрафиолетовых задач. [118]
Видиконы были популярны в 1970-х и 1980-х годах, после чего они устарели из-за появления твердотельных датчиков изображения с приборами с зарядовой связью (ПЗС), а затем и КМОП-датчиков .
Все видиконы и подобные им трубки склонны к задержке изображения, более известной как ореолы, размытие, выгорание, кометные хвосты, следы яркости и яркостное засветление. Задержка изображения видна как заметные (обычно белые или цветные) следы, которые появляются после того, как яркий объект (такой как свет или отражение) переместился, оставляя след, который в конечном итоге исчезает в изображении. [119] Его нельзя избежать или устранить, так как это присуще технологии. Степень воздействия на изображение, генерируемое видиконом, будет зависеть от свойств материала мишени, используемого на видиконе, и емкости материала мишени (известной как эффект хранения), а также сопротивления электронного луча, используемого для сканирования цели. Чем выше емкость цели, тем выше заряд, который она может удерживать, и тем больше времени потребуется для исчезновения следа. Остаточные заряды на цели в конечном итоге рассеиваются, заставляя след исчезать. [120]
Видиконы могут быть повреждены воздействием света высокой интенсивности. [121] Выгорание изображения происходит, когда изображение захватывается видиконом в течение длительного времени и проявляется в виде постоянного контура изображения, когда оно меняется, и контур исчезает со временем. Видиконы могут быть повреждены прямым воздействием солнца, что приводит к появлению на них темных пятен. [122] [123] Видиконы часто использовали трисульфид сурьмы в качестве фотопроводящего материала. [108] Они не были очень успешными из-за задержки изображения, которая была замечена в цветной камере RCA TK-42. [107]
Si-видиконы, кремниевые видиконы [124] или Epicons, [125] Видиконы, использующие массивы кремниевых диодов для мишени, были представлены в 1969 году для Picturephone . [126] Они очень устойчивы к выгоранию, имеют низкую задержку изображения и очень высокую чувствительность, но не считаются подходящими для производства вещательного телевидения, поскольку страдают от сильного размытия изображения и неоднородности изображения. Мишени в этих трубках изготавливаются на кремниевых подложках и требуют 10 вольт для работы, они изготавливаются с использованием процессов изготовления полупроводниковых приборов . [125] Эти трубки могли использоваться с усилителем изображения, в этом случае они были известны как кремниевые усилительные трубки (SIT), которые имели дополнительный фотокатод перед мишенью, который производил большое количество электронов при ударе фотонов, и электроны ускорялись до цели с помощью нескольких сотен вольт. Эти трубки использовались для отслеживания спутникового мусора. [108]
Plumbicon — зарегистрированная торговая марка Philips с 1963 года для ее мишеней-видиконов из оксида свинца (II) (PbO). [127] Она была продемонстрирована в 1965 году на выставке NAB . [128] [129] Эти трубки, часто используемые в вещательных камерах, имеют низкую выходную мощность, но высокое отношение сигнал/шум . Они имеют превосходное разрешение по сравнению с ортиконами изображений, но не имеют искусственно острых краев трубок IO, из-за чего некоторые зрители воспринимают их как более мягкие. CBS Labs изобрели первые внешние контуры улучшения краев для повышения резкости краев изображений, созданных Plumbicon. [130] [131] [132] Philips получила премию «Эмми» в области технологий и инжиниринга 1966 года за Plumbicon. [133] Мишени в Plumbicon имеют два слоя: чистый слой PbO и легированный слой PbO. Чистый PbO является собственным полупроводником I типа, и его слой легируется для создания полупроводника PbO типа, таким образом создавая полупроводниковый переход . [134] PbO находится в кристаллической форме. [135]
Plumbicons были первой коммерчески успешной версией Vidicon. Они были меньше, имели меньший уровень шума, более высокую чувствительность и разрешение, имели меньшую задержку изображения, чем Vidicons, [107] и были определяющим фактором в разработке цветных телевизионных камер. [ 99] Наиболее широко используемыми трубками камеры в телевизионном производстве были Plumbicons и Saticon. [108] По сравнению с Saticon, Plumbicons имеют гораздо большую устойчивость к выгоранию, а также к кометным и хвостовым артефактам от яркого света в кадре. Однако Saticons, как правило, имеют немного более высокое разрешение. После 1980 года и введения трубки Plumbicon с диодной пушкой разрешение обоих типов было настолько высоким по сравнению с максимальными пределами стандарта вещания, что преимущество разрешения Saticon стало спорным. В то время как вещательные камеры перешли на твердотельные устройства с зарядовой связью, трубки Plumbicon оставались основным устройством формирования изображений в медицинской области. [130] [131] [132] Высокое разрешение Plumbicons было создано для стандарта HD-MAC . [136] Поскольку PbO нестабилен на воздухе, осаждение PbO на мишень является сложной задачей. [137] Vistacons, разработанные RCA [138], и Leddicons, изготовленные EEV [139], также используют PbO в своих мишенях. [99]
До 2016 года Narragansett Imaging была последней компанией, производившей Plumbicons, используя заводы Philips, построенные в Род-Айленде, США . Будучи еще частью Philips, компания приобрела бизнес EEV ( English Electric Valve ) по производству свинцово-оксидных трубок для камер и получила монополию на производство свинцово-оксидных трубок. [130] [131] [132] Трубки из свинцово-оксидного материала также производила Matsushita. [140] [141]
Saticon — зарегистрированная торговая марка Hitachi с 1973 года, также производимая Thomson и Sony . Она была разработана совместными усилиями Hitachi и NHK Science & Technology Research Laboratories ( NHK — The Japan Broadcasting Corporation). Представлена в 1973 году, [142] [143] Ее поверхность состоит из селена с добавлением следовых количеств мышьяка и теллура (SeAsTe) для повышения стабильности сигнала. SAT в названии происходит от (SeAsTe). [144] Трубки Saticon имеют среднюю светочувствительность, эквивалентную светочувствительности пленки 64 ASA . [145] По сравнению с Plumbicon она имеет менее выгодный диапазон рабочих температур и большую задержку изображения. [108] Мишень в Saticon имеет прозрачный электропроводящий слой оксида олова, за которым следует слой SeAsTe, слой SeAs и слой трисульфида сурьмы, который обращен к электронному лучу. [142]
Высокоэффективный лавинный аморфный фотопроводник (HARP), изготовленный из аморфного селена (a-Se), может использоваться для увеличения светочувствительности до 10 раз по сравнению с обычными saticons, и Saticons с таким типом мишени известны как HARPICONs. Мишень в HARPICONs состоит из ITO (оксид индия-олова), CeO 2 (оксид церия), селена, легированного мышьяком и фторидом лития, селена, легированного мышьяком и теллуром, аморфного селена, полученного путем легирования его мышьяком, и трисульфида сурьмы. [146] [147] [148] [145] Saticons были сделаны для системы Sony HDVS , используемой для производства раннего аналогового телевидения высокой четкости с использованием многократного суб-Найквистового кодирования выборок (MUSE). [145]
Первоначально разработанный Toshiba в 1972 году как chalnicon , Pasecon является зарегистрированной торговой маркой Heimann GmbH с 1977 года. Его поверхность состоит из триоксида селенида кадмия (CdSeO 3 ). Из-за его широкого спектрального отклика он маркируется как панхроматический селеновый видикон , отсюда и аббревиатура «pasecon». [144] [149] Он не считается подходящим для производства вещательного телевидения, так как страдает от высокой задержки изображения. [108]
Newvicon — зарегистрированная торговая марка Matsushita с 1973 года. [150] Представленные в 1974 году, [151] [152] трубки Newvicon характеризовались высокой светочувствительностью. Их поверхность состоит из комбинации селенида цинка (ZnSe) и теллурида цинка и кадмия (ZnCdTe). [144] Они не считаются подходящими для производства вещательного телевидения, так как страдают от высокой задержки изображения и неоднородности. [108]
Trinicon — зарегистрированная торговая марка Sony с 1971 года. [153] Он использует вертикально полосатый цветной фильтр RGB на лицевой панели стандартной видиконовой трубки для сегментации сканирования на соответствующие красные, зеленые и синие сегменты. В камере использовалась только одна трубка, а не трубка для каждого цвета, как это было стандартно для цветных камер, используемых в телевизионном вещании. Он используется в основном в недорогих потребительских камерах, таких как модели HVC-2200 и HVC-2400, хотя Sony также использовала его в некоторых профессиональных камерах средней стоимости в 1970-х и 1980-х годах, таких как серия DXC-1600. [154]
Хотя идея использования цветных полосовых фильтров над мишенью не была новой, Trinicon была единственной трубкой, которая использовала основные цвета RGB. Это потребовало дополнительного электрода, заглубленного в мишень, чтобы определить, где сканирующий электронный луч был относительно полосового фильтра. Предыдущие системы цветных полос использовали цвета, где цветовая схема могла разделять цвета исключительно по относительным амплитудам сигналов. В результате Trinicon показал более широкий динамический диапазон работы.
Sony позже объединила трубку Saticon с цветным фильтром RGB Trinicon, обеспечив чувствительность при слабом освещении и превосходную цветопередачу. Этот тип трубки был известен как трубка SMF Trinicon или Saticon Mixed Field . Трубки SMF Trinicon использовались в потребительских камерах HVC-2800 и HVC-2500, профессиональных камерах DXC-1800 и BVP-1, а также в первых камкордерах Betamovie . Toshiba предложила похожую трубку в 1974 году, [155] а Hitachi также разработала похожую Saticon с цветным фильтром в 1981 году. [156]
Все видиконовые трубки, за исключением самой видиконовой, могли использовать технологию смещения света для улучшения чувствительности и контрастности. Светочувствительная мишень в этих трубках страдала от ограничения, заключающегося в том, что уровень освещенности должен был подняться до определенного уровня, прежде чем возникал какой-либо видеовыход. Смещение света было методом, при котором светочувствительная мишень освещалась источником света, достаточным для того, чтобы не было получено заметного выхода, но таким, чтобы небольшого увеличения уровня освещенности от сцены было достаточно для обеспечения различимого выхода. Свет поступал либо от осветителя, установленного вокруг мишени, либо в более профессиональных камерах от источника света на основании трубки и направлялся к мишени с помощью световода. Эта технология не работала с базовой видиконовой трубкой, поскольку она страдала от ограничения, заключающегося в том, что, поскольку мишень по сути была изолятором, постоянный низкий уровень освещенности создавал заряд, который проявлялся как форма запотевания . Другие типы имели полупроводниковые мишени, у которых этой проблемы не было.
Ранние цветные камеры использовали очевидную технику использования отдельных красных, зеленых и синих ЭОП в сочетании с цветовым разделителем , технику, которая до сих пор используется в твердотельных камерах 3CCD . Также можно было сконструировать цветную камеру, которая использовала бы одну ЭОП. Одна из техник уже была описана (Trinicon выше). Более распространенная техника и более простая с точки зрения конструкции трубки заключалась в наложении на светочувствительную мишень цветного полосатого фильтра, имеющего тонкий рисунок вертикальных полос зеленого, голубого и прозрачного фильтров (т. е. зеленого; зеленого и синего; и зеленого, синего и красного), повторяющихся по мишени. Преимущество такого расположения состояло в том, что практически для каждого цвета видеоуровень зеленого компонента всегда был меньше голубого, и аналогично голубой всегда был меньше белого. Таким образом, вносящие вклад изображения могли быть разделены без каких-либо опорных электродов в трубке. Если три уровня были одинаковыми, то эта часть сцены была зеленой. Недостатком этого метода было то, что уровни освещенности под тремя фильтрами почти наверняка были разными, причем зеленый фильтр пропускал не более трети доступного света.
Существуют вариации этой схемы, основная из которых заключается в использовании двух фильтров с цветными полосами, наложенными друг на друга таким образом, что цвета образуют вертикально ориентированные ромбовидные формы, накладывающиеся на цель. Однако метод извлечения цвета аналогичен.
В 1930-х и 1940-х годах были разработаны полевые системы последовательного цвета , которые использовали синхронизированные диски цветных фильтров с приводом от двигателя на электронно-лучевой трубке камеры и на телевизионном приемнике. Каждый диск состоял из красного, синего и зеленого прозрачных цветных фильтров. В камере диск находился на оптическом пути, а в приемнике — перед ЭЛТ. Вращение диска было синхронизировано с вертикальной разверткой, так что каждая вертикальная развертка в последовательности была для другого основного цвета. Этот метод позволял обычным черно-белым электронно-лучевым трубкам и ЭЛТ генерировать и отображать цветные изображения. Система последовательности полей, разработанная Питером Голдмарком для CBS, была продемонстрирована прессе 4 сентября 1940 года [157] [158] [159] и впервые показана широкой публике 12 января 1950 года. [160] Гильермо Гонсалес Камарена независимо разработал систему цветных дисков последовательности полей в Мексике в начале 1940-х годов, на которую он запросил патент в Мексике 19 августа 1940 года и в США в 1941 году. [161] Гонсалес Камарена изготовил свою систему цветного телевидения в своей лаборатории Gon-Cam для мексиканского рынка и экспортировал ее в Колумбийский колледж Чикаго, который считал ее лучшей системой в мире. [162] [163]
Явление, известное как магнитная фокусировка, было открыто А. А. Кэмпбеллом-Суинтоном в 1896 году. Он обнаружил, что продольное магнитное поле, создаваемое аксиальной катушкой, может фокусировать электронный луч. [164] Это явление было немедленно подтверждено Дж. А. Флемингом , а Ганс Буш дал полную математическую интерпретацию в 1926 году. [165]
Диаграммы в этой статье показывают, что фокусирующая катушка окружает трубку камеры; она намного длиннее фокусирующих катушек для более ранних телевизионных ЭЛТ. Фокусирующие катушки камеры-трубки сами по себе имеют по существу параллельные силовые линии, что сильно отличается от локализованной полутороидальной геометрии магнитного поля внутри фокусирующей катушки ЭЛТ телевизионного приемника. Последняя по существу является магнитной линзой ; она фокусирует «кроссовер» (между катодом ЭЛТ и электродом G1, где электроны сжимаются и снова расходятся) на экран.
Электронная оптика трубок камеры значительно отличается. Электроны внутри этих длинных фокусирующих катушек движутся по спиральным траекториям по мере своего перемещения по длине трубки. Центр (представьте себе локальную ось) одной из этих спиралей подобен силовой линии магнитного поля. Пока электроны движутся, спирали по сути не имеют значения. Если предположить, что они начинаются из точки, электроны снова сфокусируются в точке на расстоянии, определяемом силой поля. Фокусировка трубки с помощью такого типа катушки — это просто вопрос подгонки тока катушки. По сути, электроны движутся вдоль силовых линий, хотя и по спирали, в деталях.
Эти фокусирующие катушки по сути такие же длинные, как и сами трубки, и окружают отклоняющее ярмо (катушки). Отклоняющие поля изгибают силовые линии (с незначительной расфокусировкой), и электроны следуют за силовыми линиями.
В обычной ЭЛТ с магнитным отклонением, например, в телевизионном приемнике или компьютерном мониторе, в основном вертикальные отклоняющие катушки эквивалентны катушкам, намотанным вокруг горизонтальной оси. Эта ось перпендикулярна горловине трубки; силовые линии в основном горизонтальны. (Подробнее, катушки в отклоняющем ярме простираются на некоторое расстояние за горловину трубки и лежат близко к раструбу лампы; они имеют действительно отличительный вид.)
В магнитно-фокусируемой трубке камеры (существуют электростатически фокусируемые видиконы) вертикальные отклоняющие катушки находятся над и под трубкой, а не по обеим сторонам от нее. Можно сказать, что такой вид отклонения начинает создавать S-образные изгибы в силовых линиях, но не достигает такой крайности.
Размер трубок видеокамеры — это просто общий наружный диаметр стеклянной оболочки. Это отличается от размера чувствительной области цели, которая обычно составляет две трети размера общего диаметра. Размеры трубок всегда выражаются в дюймах по историческим причинам. Трубка камеры размером в один дюйм имеет чувствительную область примерно в две трети дюйма по диагонали или около 16 мм.
Хотя трубка видеокамеры в настоящее время технологически устарела , размер твердотельных датчиков изображения по-прежнему выражается как эквивалентный размер трубки камеры. Для этой цели был придуман новый термин, и он известен как оптический формат . Оптический формат приблизительно равен истинной диагонали датчика, умноженной на 3 ⁄ 2 . Результат выражается в дюймах и обычно, хотя и не всегда, округляется до удобной дроби (отсюда и приближение). Например, датчик размером 6,4 мм × 4,8 мм (0,25 дюйма × 0,19 дюйма) имеет диагональ 8,0 мм (0,31 дюйма) и, следовательно, оптический формат 8,0 × 3 ⁄ 2 = 12 мм (0,47 дюйма), который округляется до удобной имперской дроби 1 ⁄ 2 дюйма (13 мм). Этот параметр также является источником «Четырех третей» в системе Four Thirds и ее расширении Micro Four Thirds — область изображения сенсора в этих камерах приблизительно равна области изображения трубки видеокамеры размером 4 ⁄ 3 дюйма (3,4 см) на расстоянии около 22 миллиметров (0,87 дюйма). [166]
Хотя размер оптического формата не имеет никакого отношения к каким-либо физическим параметрам сенсора, его использование означает, что объектив, который использовался бы, скажем, с 4 ⁄ 3- дюймовой трубкой камеры, даст примерно такой же угол обзора при использовании с твердотельным сенсором с оптическим форматом 4 ⁄ 3 дюйма.
Продолжительность жизни технологии видеотрубок достигла 90-х годов, когда в ранней системе вещания MUSE HD использовались видеотрубки высокой четкости с 1035 строками. Хотя ПЗС-матрицы были протестированы для этого применения, по состоянию на 1993 год вещатели все еще считали их неадекватными из-за проблем с достижением необходимого высокого разрешения без ущерба для качества изображения с нежелательными побочными эффектами. [167]
Современные датчики на основе ПЗС (ПЗС) и КМОП обладают множеством преимуществ по сравнению с их трубчатыми аналогами. К ним относятся отсутствие задержки изображения, высокое общее качество изображения, высокая светочувствительность и динамический диапазон, лучшее отношение сигнал/шум и значительно более высокая надежность и прочность. К другим преимуществам относятся устранение соответствующих высоковольтных и низковольтных источников питания, необходимых для электронного луча и нити нагревателя , устранение схемы привода для фокусирующих катушек, отсутствие времени прогрева и значительно более низкое общее энергопотребление. Несмотря на эти преимущества, принятие и включение твердотельных датчиков в теле- и видеокамеры не произошло немедленно. Ранние датчики имели более низкое разрешение и производительность, чем кинескопы, и изначально были отнесены к потребительскому оборудованию для видеозаписи. [167]
Кроме того, видеотрубки достигли высокого стандарта качества и стали стандартным оборудованием для сетей и производственных предприятий. Эти предприятия вложили значительные средства не только в камеры с трубками, но и во вспомогательное оборудование, необходимое для правильной обработки видео, полученного с трубок. Переход на твердотельные датчики изображения сделал большую часть этого оборудования (и инвестиции, стоящие за ним) устаревшими и потребовал нового оборудования, оптимизированного для хорошей работы с твердотельными датчиками, так же как старое оборудование было оптимизировано для видео, полученного с трубок.
Из-за своей относительной нечувствительности к радиации по сравнению с устройствами на основе полупроводников, видеокамеры до сих пор иногда используются в условиях высокой радиации, например, на атомных электростанциях. [ необходима цитата ]