Un disco de Nipkow (a veces anglicanizado como disco de Nipkov; patentado en 1884), también conocido como disco de escaneo , es un dispositivo de escaneo de imágenes mecánico, giratorio y de funcionamiento geométrico, patentado por Paul Gottlieb Nipkow en Berlín . [1] Este disco de escaneo fue un componente fundamental en la televisión mecánica , y por lo tanto en los primeros televisores , durante las décadas de 1920 y 1930. [2]
El dispositivo es un disco giratorio mecánico de cualquier material adecuado (metal, plástico, cartón, etc.), con una serie de agujeros circulares de igual diámetro y distanciados entre sí. Los agujeros también pueden ser cuadrados para una mayor precisión. Estos agujeros están colocados para formar una espiral de una sola vuelta que comienza desde un punto radial externo del disco y continúa hasta el centro del disco. Cuando el disco gira, los agujeros trazan patrones de anillos circulares, con un diámetro interior y exterior que depende de la posición de cada agujero en el disco y un grosor igual al diámetro de cada agujero. Los patrones pueden superponerse parcialmente o no, dependiendo de la construcción exacta del disco. Una lente proyecta una imagen de la escena frente a ella directamente sobre el disco. [3] Cada agujero en la espiral toma un "corte" a través de la imagen que es captada como un patrón temporal de luz y oscuridad por un sensor. Si se hace que el sensor controle una luz detrás de un segundo disco de Nipkow que gira sincrónicamente a la misma velocidad y en la misma dirección, la imagen se reproducirá línea por línea. El tamaño de la imagen reproducida está determinado a su vez por el tamaño del disco; un disco más grande produce una imagen más grande.
Al girar el disco mientras se observa un objeto "a través" del disco, preferiblemente a través de un sector circular relativamente pequeño del disco (la ventana gráfica ), por ejemplo, un cuarto o un octavo angular del disco, el objeto parece "escaneado" línea por línea, primero por longitud o altura o incluso en diagonal, dependiendo del sector exacto elegido para la observación. Al girar el disco lo suficientemente rápido, el objeto parece completo y se hace posible la captura del movimiento . Esto se puede entender intuitivamente cubriendo todo el disco excepto una pequeña área rectangular con cartón negro (que permanece fijo), haciendo girar el disco y observando un objeto a través de la pequeña área.
Una de las ventajas de utilizar un disco de Nipkow es que el sensor de imagen (es decir, el dispositivo que convierte la luz en señales eléctricas) puede ser tan simple como una sola fotocélula o fotodiodo , ya que en cada instante solo un área muy pequeña es visible a través del disco (y la ventana gráfica), y por lo tanto la descomposición de una imagen en líneas se realiza casi por sí sola con poca necesidad de sincronización de líneas de barrido y una resolución de línea de barrido muy alta . Se puede construir un dispositivo de adquisición simple utilizando un motor eléctrico que impulsa un disco de Nipkow, una pequeña caja que contiene un solo elemento sensible a la luz (eléctrico) y un dispositivo de enfoque de imagen convencional (lente, caja oscura, etc.).
Otra ventaja es que el dispositivo receptor es muy similar al dispositivo de adquisición, con la diferencia de que el dispositivo fotosensible se sustituye por una fuente de luz variable, accionada por la señal proporcionada por el dispositivo de adquisición. También es necesario idear algún medio para sincronizar los discos de los dos dispositivos (son posibles varias opciones, desde señales de control manuales hasta señales de control electrónicas).
Estos hechos ayudaron enormemente a la construcción del primer televisor mecánico realizado por el inventor escocés John Logie Baird , así como a las primeras comunidades de "entusiastas de la televisión" e incluso a las transmisiones de radio con imágenes experimentales en la década de 1920.
La resolución a lo largo de la línea de exploración de un disco de Nipkow es potencialmente muy alta, ya que se trata de una exploración analógica. Sin embargo, el número máximo de líneas de exploración es mucho más limitado, ya que es igual al número de agujeros del disco, que en la práctica oscilaba entre 30 y 100, y se han probado algunos discos de 200 agujeros.
Otro inconveniente del disco de Nipkow como dispositivo de escaneo de imágenes : las líneas de escaneo no son líneas rectas, sino curvas . Por lo tanto, el disco de Nipkow ideal debería tener un diámetro muy grande, lo que significa una curvatura menor, o una abertura angular muy estrecha en su ventana de visualización. Otra forma de producir imágenes aceptables sería perforar agujeros más pequeños (a escala milimétrica o incluso micrométrica ) más cerca de los sectores externos del disco, pero la evolución tecnológica favoreció los medios electrónicos de adquisición de imágenes.
Otra desventaja importante era la reproducción de imágenes en el extremo receptor de la transmisión, que también se realizaba con un disco de Nipkow. Las imágenes eran, por lo general, muy pequeñas, tan pequeñas como la superficie utilizada para escanear, que, con las implementaciones prácticas de la televisión mecánica , eran del tamaño de un sello postal en el caso de un disco de 30 a 50 cm de diámetro.
Otras desventajas incluyen la geometría no lineal de las imágenes escaneadas y el tamaño poco práctico del disco, al menos en el pasado. Los discos de Nipkow utilizados en los primeros receptores de televisión tenían aproximadamente de 30 cm a 50 cm de diámetro, con 30 a 50 agujeros. Los dispositivos que los utilizaban también eran ruidosos y pesados, con una calidad de imagen muy baja y mucho parpadeo. La parte de adquisición del sistema no era mucho mejor, requiriendo una iluminación muy potente del sujeto.
Los escáneres de disco comparten una limitación importante con el disector de imágenes Farnsworth . La luz se transmite al sistema de detección a medida que la pequeña apertura escanea todo el campo de visión. La cantidad real de luz recogida es instantánea, se produce a través de una apertura muy pequeña, y el rendimiento neto es solo un porcentaje microscópico de la energía incidente.
Los iconoscopios (y sus sucesores) acumulan energía en el objetivo de forma continua, con lo que la integran a lo largo del tiempo. El sistema de escaneo simplemente "elimina" la carga acumulada a medida que pasa por cada punto del objetivo. Cálculos sencillos muestran que, para receptores fotosensibles igualmente sensibles, el iconoscopio es cientos o miles de veces más sensible que el escáner de disco o Farnsworth.
El disco de escaneo se puede reemplazar por un espejo poligonal, pero éste sufre el mismo problema: falta de integración a lo largo del tiempo.
Aparte de la televisión mecánica antes mencionada, que no se hizo popular por las razones prácticas mencionadas anteriormente, un disco de Nipkow se utiliza en un tipo de microscopio confocal , un potente microscopio óptico .