Los tubos de cámara de vídeo son dispositivos basados en el tubo de rayos catódicos que se utilizaban en las cámaras de televisión para capturar imágenes de televisión , antes de la introducción de los sensores de imagen de dispositivo acoplado por carga (CCD) en la década de 1980. Se utilizaron varios tipos diferentes de tubos desde principios de la década de 1930 hasta la década de 1990.
En estos tubos, un haz de electrones se escanea a través de una imagen de la escena que se va a transmitir enfocada en un objetivo. Esto genera una corriente que depende del brillo de la imagen en el objetivo en el punto de escaneo. El tamaño del rayo que impacta es minúsculo en comparación con el tamaño del objetivo, lo que permite 480–486 líneas de escaneo horizontales por imagen en el formato NTSC , 576 líneas en PAL [1] y hasta 1035 líneas en Hi-Vision .
Cualquier tubo de vacío que funciona utilizando un haz de electrones enfocado, originalmente llamado rayos catódicos , se conoce como tubo de rayos catódicos (TRC). Estos suelen verse como dispositivos de visualización, como los que se utilizan en los receptores de televisión y pantallas de ordenador más antiguos (es decir, que no son de pantalla plana ). Los tubos captadores de cámara descritos en este artículo también son TRC, pero no muestran ninguna imagen. [2]
En junio de 1908, la revista científica Nature publicó una carta en la que Alan Archibald Campbell-Swinton , miembro de la Royal Society ( Reino Unido ), discutía cómo se podría realizar un sistema de televisión completamente electrónico utilizando tubos de rayos catódicos (o tubos "Braun", en honor a su inventor, Karl Braun ) como dispositivos de imagen y visualización. [3] Señaló que las "dificultades reales radican en idear un transmisor eficiente", y que era posible que "ningún fenómeno fotoeléctrico conocido en la actualidad proporcione lo que se requiere". [3] Un tubo de rayos catódicos fue demostrado con éxito como dispositivo de visualización por el profesor alemán Max Dieckmann en 1906; sus resultados experimentales fueron publicados por la revista Scientific American en 1909. [4] Campbell-Swinton luego amplió su visión en un discurso presidencial dado a la Sociedad Röntgen en noviembre de 1911. La pantalla fotoeléctrica en el dispositivo de transmisión propuesto era un mosaico de cubos de rubidio aislados. [5] [6] Su concepto de un sistema de televisión completamente electrónico fue popularizado posteriormente como el "Sistema de escaneo electrónico Campbell-Swinton" por Hugo Gernsback y H. Winfield Secor en la edición de agosto de 1915 de la popular revista Electrical Experimenter [7] y por Marcus J. Martin en el libro de 1921 The Electrical Transmission of Photographs . [8] [9] [10]
En una carta a Nature publicada en octubre de 1926, Campbell-Swinton también anunció los resultados de algunos "experimentos no muy exitosos" que había realizado con GM Minchin y JCM Stanton. Habían intentado generar una señal eléctrica proyectando una imagen sobre una placa de metal recubierta de selenio que fue escaneada simultáneamente por un haz de rayos catódicos . [11] [12] Estos experimentos se llevaron a cabo antes de marzo de 1914, cuando murió Minchin, [13] pero luego fueron repetidos por dos equipos diferentes en 1937, por H. Miller y JW Strange de EMI , [14] y por H. Iams y A. Rose de RCA . [15] Ambos equipos lograron transmitir imágenes "muy débiles" con la placa recubierta de selenio original de Campbell-Swinton, pero se obtuvieron imágenes mucho mejores cuando la placa de metal se cubrió con sulfuro de cinc o seleniuro, [14] o con óxido de aluminio o circonio tratado con cesio. [15] Estos experimentos formarían la base del futuro vidicón. Una descripción de un dispositivo de imágenes de CRT también apareció en una solicitud de patente presentada por Edvard-Gustav Schoultz en Francia en agosto de 1921, y publicada en 1922, [16] aunque no se demostró un dispositivo funcional hasta algunos años después. [15]
Un disector de imágenes es un tubo de cámara que crea una "imagen electrónica" de una escena a partir de emisiones de fotocátodo (electrones) que pasan a través de una abertura de escaneo a un ánodo , que sirve como detector de electrones. [17] [1] Entre los primeros en diseñar un dispositivo de este tipo se encuentran los inventores alemanes Max Dieckmann y Rudolf Hell , [12] [18] quienes habían titulado su solicitud de patente de 1925 Lichtelektrische Bildzerlegerröhre für Fernseher ( Tubo disector de imágenes fotoeléctricas para televisión ). [19] El término puede aplicarse específicamente a un tubo disector que emplea campos magnéticos para mantener la imagen del electrón enfocada, [1] un elemento que falta en el diseño de Dieckmann y Hell, y en los primeros tubos disectores construidos por el inventor estadounidense Philo Farnsworth . [12] [20]
Dieckmann y Hell presentaron su solicitud a la oficina de patentes alemana en abril de 1925, y se les concedió la patente en octubre de 1927. [19] Sus experimentos sobre el disector de imágenes se anunciaron en la edición de septiembre de 1927 de la popular revista Discovery [21] [22] y en la edición de mayo de 1928 de la revista Popular Radio . [23] Sin embargo, nunca transmitieron una imagen clara y bien enfocada con un tubo de este tipo. [ cita requerida ]
En enero de 1927, el inventor y pionero de la televisión estadounidense Philo T. Farnsworth solicitó una patente para su sistema de televisión que incluía un dispositivo para "la conversión y disección de la luz". [20] Su primera imagen en movimiento se transmitió con éxito el 7 de septiembre de 1927, [24] y se emitió una patente en 1930. [20] Farnsworth realizó rápidamente mejoras en el dispositivo, entre ellas la introducción de un multiplicador de electrones hecho de níquel [25] [26] y el uso de un "campo magnético longitudinal" para enfocar nítidamente la imagen del electrón. [27] El dispositivo mejorado fue presentado a la prensa a principios de septiembre de 1928. [12] [28] [29] La introducción de un multipactor en octubre de 1933 [30] [31] y un "multiplicador de electrones" multidínodo en 1937 [ 32] [33] hicieron del disector de imágenes de Farnsworth la primera versión práctica de un dispositivo de imágenes totalmente electrónico para televisión. [34] Tenía una sensibilidad a la luz muy pobre y, por lo tanto, era principalmente útil solo donde la iluminación era excepcionalmente alta (normalmente más de 685 cd /m 2 ). [35] [36] [37] Sin embargo, era ideal para aplicaciones industriales, como la monitorización del interior brillante de un horno industrial. Debido a su baja sensibilidad a la luz, los disectores de imágenes rara vez se utilizaban en la retransmisión televisiva, excepto para escanear películas y otras transparencias. [ cita requerida ]
En abril de 1933, Farnsworth presentó una solicitud de patente también titulada Image Dissector , pero que en realidad detallaba un tubo de cámara de tipo CRT . [38] Esta es una de las primeras patentes que propone el uso de un haz de escaneo de "baja velocidad" y RCA tuvo que comprarla para poder vender tubos orticones de imagen al público en general. [39] Sin embargo, Farnsworth nunca transmitió una imagen clara y bien enfocada con un tubo de este tipo. [40] [41]
Los disectores se utilizaron sólo brevemente para la investigación en sistemas de televisión antes de ser reemplazados por diferentes tubos mucho más sensibles basados en el fenómeno de almacenamiento de carga, como el iconoscopio durante la década de 1930. Aunque los tubos de cámara basados en la idea de la tecnología de disector de imágenes cayeron rápidamente y por completo en desuso en el campo de la transmisión televisiva, continuaron utilizándose para la obtención de imágenes en los primeros satélites meteorológicos y en el módulo de aterrizaje lunar, y para el seguimiento de la actitud de las estrellas en el transbordador espacial y la Estación Espacial Internacional.
El sistema óptico del disector de imágenes enfoca una imagen sobre un fotocátodo montado dentro de un alto vacío. A medida que la luz incide en el fotocátodo, se emiten electrones en proporción a la intensidad de la luz (véase efecto fotoeléctrico ). La imagen completa del electrón se desvía y una abertura de barrido permite que el detector capture únicamente aquellos electrones que emanan de un área muy pequeña del fotocátodo en un momento dado. La salida del detector es una corriente eléctrica cuya magnitud es una medida del brillo del área correspondiente de la imagen. La imagen del electrón se desvía periódicamente horizontal y verticalmente (" barrido de trama ") de modo que el detector lee toda la imagen muchas veces por segundo, lo que produce una señal eléctrica que se puede transmitir a un dispositivo de visualización , como un monitor CRT, para reproducir la imagen. [17] [1]
El disector de imágenes no tiene característica de " almacenamiento de carga "; la gran mayoría de los electrones emitidos por el fotocátodo son excluidos por la apertura de escaneo, [18] y por lo tanto se desperdician en lugar de almacenarse en un objetivo fotosensible.
Los primeros tubos de cámara electrónicos (como el disector de imágenes ) tenían un defecto muy decepcionante y fatal: escaneaban el objeto y lo que se veía en cada punto era solo el pequeño fragmento de luz que se veía en el instante en que el sistema de escaneo pasaba sobre él. Un tubo de cámara funcional y práctico necesitaba un enfoque tecnológico diferente, que más tarde se conocería como tubo de cámara de almacenamiento de carga. Se basaba en un nuevo fenómeno físico que se descubrió y patentó en Hungría en 1926, pero que solo se entendió y reconoció ampliamente alrededor de 1930. [43]
Un iconoscopio es un tubo de cámara que proyecta una imagen sobre una placa especial de almacenamiento de carga que contiene un mosaico de gránulos fotosensibles eléctricamente aislados separados de una placa común por una fina capa de material aislante, algo análogo a la retina del ojo humano y su disposición de fotorreceptores . Cada gránulo fotosensible constituye un pequeño condensador que acumula y almacena carga eléctrica en respuesta a la luz que lo golpea. Un haz de electrones barre periódicamente la placa, escaneando efectivamente la imagen almacenada y descargando cada condensador a su vez de modo que la salida eléctrica de cada condensador sea proporcional a la intensidad promedio de la luz que lo golpea entre cada evento de descarga. [44] [45]
Después de que el ingeniero húngaro Kálmán Tihanyi estudiara las ecuaciones de Maxwell , descubrió un nuevo fenómeno físico hasta entonces desconocido, que condujo a un gran avance en el desarrollo de dispositivos electrónicos de imágenes. Llamó al nuevo fenómeno principio de almacenamiento de carga. (más información: Principio de almacenamiento de carga ) El problema de la baja sensibilidad a la luz que resultaba en una baja salida eléctrica de los tubos de transmisión o cámara se resolvería con la introducción de la tecnología de almacenamiento de carga por Tihanyi a principios de 1925. [46] Su solución fue un tubo de cámara que acumulaba y almacenaba cargas eléctricas ( fotoelectrones ) dentro del tubo a lo largo de cada ciclo de escaneo. El dispositivo fue descrito por primera vez en una solicitud de patente que presentó en Hungría en marzo de 1926 para un sistema de televisión que denominó Radioskop. [47] Después de más refinamientos incluidos en una solicitud de patente de 1928, [46] la patente de Tihanyi fue declarada nula en Gran Bretaña en 1930, [48] por lo que solicitó patentes en los Estados Unidos. La idea de almacenamiento de carga de Tihanyi sigue siendo un principio básico en el diseño de dispositivos de imágenes para televisión hasta el día de hoy.
En 1924, mientras trabajaba para la Westinghouse Electric Corporation en Pittsburgh, Pensilvania, el ingeniero estadounidense nacido en Rusia Vladimir Zworykin presentó un proyecto para un sistema de televisión totalmente electrónico al director general de la empresa. [49] [50] En julio de 1925, Zworykin presentó una solicitud de patente titulada Sistema de televisión que incluía una placa de almacenamiento de carga construida con una fina capa de material aislante (óxido de aluminio) intercalada entre una pantalla (malla 300) y un depósito coloidal de material fotoeléctrico (hidruro de potasio) consistente en glóbulos aislados. [51] La siguiente descripción se puede leer entre las líneas 1 y 9 de la página 2: "El material fotoeléctrico, como el hidruro de potasio, se evapora sobre el óxido de aluminio u otro medio aislante y se trata de manera que se forme un depósito coloidal de hidruro de potasio que consiste en glóbulos diminutos. Cada glóbulo es muy activo fotoeléctricamente y constituye, a todos los efectos, una diminuta célula fotoeléctrica individual". Su primera imagen fue transmitida a finales del verano de 1925, [12] y se emitió una patente en 1928. [51] Sin embargo, la calidad de la imagen transmitida no impresionó a HP Davis, el gerente general de Westinghouse , y se le pidió a Zworykin "que trabajara en algo útil". [12] Zworykin también presentó una patente para un sistema de televisión en 1923, pero esta presentación no es una referencia definitiva porque se realizaron revisiones exhaustivas antes de que se emitiera una patente quince años después [39] y el archivo en sí se dividió en dos patentes en 1931. [52] [53]
El primer iconoscopio práctico fue construido en 1931 por Sanford Essig, cuando accidentalmente dejó una lámina de mica plateada en el horno demasiado tiempo. Al examinarla con un microscopio, notó que la capa de plata se había roto en una miríada de diminutos glóbulos de plata aislados. [54] También notó que "la diminuta dimensión de las gotas de plata mejoraría la resolución de la imagen del iconoscopio en un salto cuántico". [18] Como jefe de desarrollo de televisión en Radio Corporation of America (RCA) , Zworykin presentó una solicitud de patente en noviembre de 1931, y se emitió en 1935. [45] Sin embargo, el equipo de Zworykin no era el único grupo de ingeniería que trabajaba en dispositivos que usaban una placa de almacenamiento de carga. En 1932, los ingenieros de EMI Tedham y McGee bajo la supervisión de Isaac Shoenberg solicitaron una patente para un nuevo dispositivo al que llamaron "Emitron". [55] Un servicio de transmisión de 405 líneas que empleaba el Emitron comenzó en los estudios de Alexandra Palace en 1936, y se emitieron patentes en el Reino Unido en 1934 y en los EE. UU. en 1937. [56]
El iconoscopio fue presentado al público en general en una conferencia de prensa en junio de 1933, [57] y se publicaron dos artículos técnicos detallados en septiembre y octubre del mismo año. [58] [59] [60] A diferencia del disector de imágenes Farnsworth, el iconoscopio Zworykin era mucho más sensible, útil con una iluminación en el objetivo entre 40 y 215 lux (4–20 ft-c ). También era más fácil de fabricar y producía una imagen muy clara. [ cita requerida ] El iconoscopio fue el tubo de cámara principal utilizado por la radiodifusión de RCA desde 1936 hasta 1946, cuando fue reemplazado por el tubo orticón de imagen. [61] [62]
El iconoscopio original era ruidoso, tenía una alta relación de interferencias con la señal y, en última instancia, dio resultados decepcionantes, especialmente cuando se lo comparaba con los sistemas de escaneo mecánico de alta definición que se estaban poniendo a disposición en ese momento. [63] [64] El equipo EMI bajo la supervisión de Isaac Shoenberg analizó cómo el Emitron (o iconoscopio) produce una señal electrónica y concluyó que su eficiencia real era solo de alrededor del 5% del máximo teórico. Esto se debe a que los electrones secundarios liberados del mosaico de la placa de almacenamiento de carga cuando el haz de escaneo lo recorre pueden ser atraídos de regreso al mosaico cargado positivamente, neutralizando así muchas de las cargas almacenadas. [65] Lubszynski, Rodda y McGee se dieron cuenta de que la mejor solución era separar la función de fotoemisión de la de almacenamiento de carga, y por eso comunicaron sus resultados a Zworykin. [64] [65]
El nuevo tubo de cámara de vídeo desarrollado por Lubszynski, Rodda y McGee en 1934 fue bautizado como "el superemitron". Este tubo es una combinación del disector de imágenes y el emitoron. Tiene un fotocátodo eficiente que transforma la luz de la escena en una imagen electrónica; esta última es luego acelerada hacia un objetivo especialmente preparado para la emisión de electrones secundarios . Cada electrón individual de la imagen electrónica produce varios electrones secundarios después de alcanzar el objetivo, de modo que se produce un efecto de amplificación. El objetivo está construido de un mosaico de gránulos metálicos eléctricamente aislados separados de una placa común por una fina capa de material aislante, de modo que la carga positiva resultante de la emisión secundaria se almacena en los gránulos. Finalmente, un haz de electrones barre periódicamente el objetivo, escaneando eficazmente la imagen almacenada, descargando cada gránulo y produciendo una señal electrónica como en el iconoscopio. [66] [67] [68]
El superemitron era entre diez y quince veces más sensible que los tubos de emulación y de iconoscopio originales y, en algunos casos, esta relación era considerablemente mayor. [65] Fue utilizado por primera vez por la BBC para una retransmisión al aire libre el Día del Armisticio de 1937, cuando el público en general pudo ver en un televisor cómo el Rey depositaba una corona de flores en el Cenotafio. Esta fue la primera vez que alguien podía retransmitir en directo una escena callejera desde cámaras instaladas en los tejados de los edificios vecinos. [69]
Por otra parte, en 1934, Zworykin compartió algunos derechos de patente con la empresa licenciataria alemana Telefunken. [70] El iconoscopio de imágenes (Superikonoskop en Alemania) fue producido como resultado de la colaboración. Este tubo es esencialmente idéntico al super-Emitron, pero el objetivo está construido de una fina capa de material aislante colocada encima de una base conductora, falta el mosaico de gránulos metálicos. La producción y comercialización del super-Emitron y el iconoscopio de imágenes en Europa no se vieron afectadas por la guerra de patentes entre Zworykin y Farnsworth, porque Dieckmann y Hell tenían prioridad en Alemania para la invención del disector de imágenes, habiendo presentado una solicitud de patente para su Lichtelektrische Bildzerlegerröhre für Fernseher ( Tubo disector de imágenes fotoeléctrico para televisión ) en Alemania en 1925, [19] dos años antes de que Farnsworth hiciera lo mismo en los Estados Unidos. [20]
El iconoscopio de imagen (Superikonoskop) se convirtió en el estándar industrial para la radiodifusión pública en Europa desde 1936 hasta 1960, cuando fue reemplazado por los tubos vidicón y plumbicón. De hecho, fue el representante de la tradición europea en tubos electrónicos compitiendo contra la tradición estadounidense representada por el orticón de imagen. [71] [72] La empresa alemana Heimann produjo el Superikonoskop para los Juegos Olímpicos de Berlín de 1936, [73] más tarde Heimann también lo produjo y comercializó desde 1940 hasta 1955, finalmente la empresa holandesa Philips produjo y comercializó el iconoscopio de imagen y multicon desde 1952 hasta 1963, [72] [74] cuando fue reemplazado por el mucho mejor Plumbicon. [75] [76]
El super-Emitron es una combinación del disector de imágenes y el Emitron. La imagen de la escena se proyecta sobre un eficiente fotocátodo semitransparente de película continua que transforma la luz de la escena en una imagen de electrones emitidos por luz, que luego se acelera (y enfoca) mediante campos electromagnéticos hacia un objetivo especialmente preparado para la emisión de electrones secundarios . Cada electrón individual de la imagen electrónica produce varios electrones secundarios después de alcanzar el objetivo, de modo que se produce un efecto de amplificación, y la carga positiva resultante es proporcional a la intensidad integrada de la luz de la escena. El objetivo está construido de un mosaico de gránulos metálicos eléctricamente aislados separados de una placa común por una fina capa de material aislante, de modo que la carga positiva resultante de la emisión secundaria se almacena en el condensador formado por el gránulo metálico y la placa común. Finalmente, un haz de electrones barre periódicamente el objetivo, escaneando efectivamente la imagen almacenada y descargando cada condensador a su vez de modo que la salida eléctrica de cada condensador sea proporcional a la intensidad promedio de la luz de la escena entre cada evento de descarga (como en el iconoscopio). [66] [67] [68]
El iconoscopio de imágenes es esencialmente idéntico al superemitron, pero el objetivo está construido con una fina capa de material aislante colocada sobre una base conductora; falta el mosaico de gránulos metálicos. Por lo tanto, los electrones secundarios se emiten desde la superficie del material aislante cuando la imagen electrónica alcanza el objetivo, y las cargas positivas resultantes se almacenan directamente sobre la superficie del material aislado. [71]
El iconoscopio original era muy ruidoso [63] debido a los electrones secundarios liberados del mosaico fotoeléctrico de la placa de almacenamiento de carga cuando el haz de escaneo lo barría. [65] Una solución obvia fue escanear el mosaico con un haz de electrones de baja velocidad que producía menos energía en las proximidades de la placa, de modo que no se emitían electrones secundarios en absoluto. Es decir, se proyecta una imagen sobre el mosaico fotoeléctrico de una placa de almacenamiento de carga, de modo que se producen y almacenan cargas positivas allí debido a la fotoemisión y la capacitancia , respectivamente. Estas cargas almacenadas luego se descargan suavemente mediante un haz de escaneo de electrones de baja velocidad , lo que evita la emisión de electrones secundarios. [77] [18] No todos los electrones en el haz de escaneo pueden ser absorbidos en el mosaico, porque las cargas positivas almacenadas son proporcionales a la intensidad integrada de la luz de la escena. Los electrones restantes luego se desvían de nuevo hacia el ánodo, [38] [44] son capturados por una rejilla especial , [78] [79] [80] o se desvían de nuevo hacia un multiplicador de electrones . [81]
Los tubos de haz de barrido de baja velocidad tienen varias ventajas; hay bajos niveles de señales espurias y alta eficiencia de conversión de luz en señal, de modo que la salida de señal es máxima. Sin embargo, también hay serios problemas, porque el haz de electrones se propaga y acelera en una dirección paralela al objetivo cuando escanea los bordes y las esquinas de la imagen, de modo que produce electrones secundarios y se obtiene una imagen que está bien enfocada en el centro pero borrosa en los bordes. [41] [82] Henroteau fue uno de los primeros inventores en proponer en 1929 el uso de electrones de baja velocidad para estabilizar el potencial de una placa de almacenamiento de carga, [83] pero Lubszynski y el equipo EMI fueron los primeros ingenieros en transmitir una imagen clara y bien enfocada con un tubo de este tipo. [40] Otra mejora es el uso de una placa de almacenamiento de carga semitransparente. La imagen de la escena se proyecta entonces sobre el lado posterior de la placa, mientras que el haz de electrones de baja velocidad escanea el mosaico fotoeléctrico en el lado frontal. Esta configuración permite el uso de un tubo de cámara recto, ya que la escena a transmitir, la placa de almacenamiento de carga y el cañón de electrones se pueden alinear uno después del otro. [18]
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El primer tubo de haz de barrido de baja velocidad completamente funcional, el CPS Emitron, fue inventado y demostrado por el equipo EMI bajo la supervisión de Sir Isaac Shoenberg . [84] En 1934, los ingenieros de EMI Blumlein y McGee solicitaron patentes para sistemas de transmisión de televisión donde una placa de almacenamiento de carga estaba protegida por un par de rejillas especiales , una rejilla negativa (o ligeramente positiva) se colocaba muy cerca de la placa y una positiva se colocaba más lejos. [78] [79] [80] La velocidad y la energía de los electrones en el haz de barrido se redujeron a cero por el campo eléctrico desacelerado generado por este par de rejillas, y así se obtuvo un tubo de haz de barrido de baja velocidad. [77] [85] El equipo EMI siguió trabajando en estos dispositivos, y Lubszynski descubrió en 1936 que se podía producir una imagen clara si la trayectoria del haz de barrido de baja velocidad era casi perpendicular (ortogonal) a la placa de almacenamiento de carga en un vecindario de ella. [40] [86] El dispositivo resultante se denominó Emitron estabilizado por potencial catódico o CPS Emitron. [77] [87] La producción industrial y comercialización del CPS Emitron tuvo que esperar hasta el final de la Segunda Guerra Mundial ; [85] se utilizó ampliamente en el Reino Unido hasta 1963, cuando fue reemplazado por el mucho mejor Plumbicon. [75] [76]
Al otro lado del Atlántico , el equipo de la RCA dirigido por Albert Rose comenzó a trabajar en 1935 en un dispositivo de haz de barrido de baja velocidad al que llamaron orticón. [88] [89] Iams y Rose resolvieron el problema de guiar el haz y mantenerlo enfocado instalando placas deflectoras especialmente diseñadas y bobinas deflectoras cerca de la placa de almacenamiento de carga para proporcionar un campo magnético axial uniforme. [41] [81] [90] El rendimiento del orticón era similar al del iconoscopio de imágenes, [91] pero también era inestable bajo destellos repentinos de luz brillante, produciendo "la apariencia de una gran gota de agua evaporándose lentamente sobre parte de la escena". [18]
El orticón de imágenes (a veces abreviado IO) fue común en la radiodifusión estadounidense desde 1946 hasta 1968. [62] Una combinación del disector de imágenes y las tecnologías del orticón, reemplazó al iconoscopio en los Estados Unidos, que requería una gran cantidad de luz para funcionar adecuadamente. [92]
El tubo orticón de imagen fue desarrollado en la RCA por Albert Rose, Paul K. Weimer y Harold B. Law. Representó un avance considerable en el campo de la televisión y, después de un trabajo de desarrollo adicional, la RCA creó modelos originales entre 1939 y 1940. [62] El Comité de Investigación de Defensa Nacional firmó un contrato con la RCA en el que la NDRC pagó por su desarrollo posterior. Tras el desarrollo por parte de la RCA del tubo orticón de imagen más sensible en 1943, la RCA firmó un contrato de producción con la Marina de los EE. UU. , y los primeros tubos se entregaron en enero de 1944. [93] RCA comenzó la producción de orticones de imagen para uso civil en el segundo trimestre de 1946. [62] [94]
Mientras que el iconoscopio y el orticón intermedio utilizaban la capacitancia entre una multitud de pequeños pero discretos colectores sensibles a la luz y una placa de señal aislada para leer la información de vídeo, el orticón de imagen empleaba lecturas de carga directa de un colector cargado electrónicamente de forma continua. La señal resultante era inmune a la mayoría de las interferencias de señales extrañas procedentes de otras partes del objetivo y podía producir imágenes extremadamente detalladas. La NASA seguía utilizando cámaras de orticón de imagen para captar los cohetes Apolo/Saturno acercándose a la órbita, aunque las cadenas de televisión habían dejado de utilizarlas. [95] [ verificación fallida ]
Una cámara orticón de imagen puede tomar fotografías de televisión a la luz de una vela debido a la zona fotosensible más ordenada y a la presencia de un multiplicador de electrones en la base del tubo, que funciona como un amplificador de alta eficiencia. También tiene una curva de sensibilidad a la luz logarítmica similar a la del ojo humano . Sin embargo, tiende a destellar en luz brillante, lo que hace que se vea un halo oscuro alrededor del objeto; esta anomalía se conocía como floración en la industria de la radiodifusión cuando los tubos orticón de imagen estaban en funcionamiento. [96] Los orticones de imagen se utilizaron ampliamente en las primeras cámaras de televisión en color, como la RCA TK-40/41 , donde la mayor sensibilidad del tubo era esencial para superar el sistema óptico de división de haz muy ineficiente de la cámara. [96] [97]
En un momento dado, el tubo orticón de imagen se conocía coloquialmente como Immy. Harry Lubcke, el entonces presidente de la Academia de Artes y Ciencias de la Televisión , decidió que su premio llevara este apodo. Como la estatuilla era femenina, se feminizó y se convirtió en Emmy . [98] El orticón de imagen se utilizó hasta el final de la producción televisiva en blanco y negro en la década de 1960. [99]
Un orticón de imagen consta de tres partes: un fotocátodo con un almacén de imágenes (objetivo), un escáner que lee esta imagen (un cañón de electrones ) y un multiplicador de electrones de múltiples etapas. [100]
En el almacén de imágenes, la luz incide sobre el fotocátodo, que es una placa fotosensible a un potencial muy negativo (aproximadamente -600 V), y se convierte en una imagen electrónica (un principio tomado del disector de imágenes). Esta lluvia de electrones se acelera luego hacia el objetivo (una placa de vidrio muy delgada que actúa como un semiaislador) a potencial de tierra (0 V), y pasa a través de una malla de alambre muy fina (casi 200 o 390 [101] alambres por cm), muy cerca (unas pocas centésimas de cm) y paralela al objetivo, actuando como una rejilla de pantalla a un voltaje ligeramente positivo (aproximadamente +2 V). Una vez que los electrones de la imagen alcanzan el objetivo, causan una salpicadura de electrones por el efecto de la emisión secundaria . En promedio, cada electrón de la imagen expulsa varios electrones de salpicadura (añadiendo así amplificación por emisión secundaria), y estos electrones en exceso son absorbidos por la malla positiva eliminando efectivamente electrones del objetivo y causando una carga positiva en él en relación con la luz incidente en el fotocátodo. El resultado es una imagen pintada con carga positiva, donde las partes más brillantes tienen la carga positiva más grande. [102]
Un haz de electrones muy enfocado (un rayo catódico) es generado por el cañón de electrones al potencial de tierra y acelerado por el ánodo (el primer dínodo del multiplicador de electrones ) alrededor del cañón a un alto voltaje positivo (aproximadamente +1500 V). Una vez que sale del cañón de electrones, su inercia hace que el haz se aleje del dínodo hacia la parte posterior del objetivo. En este punto, los electrones pierden velocidad y son desviados por las bobinas de deflexión horizontal y vertical, escaneando efectivamente el objetivo. Gracias al campo magnético axial de la bobina de enfoque, esta desviación no es en línea recta, por lo que cuando los electrones alcanzan el objetivo lo hacen perpendicularmente evitando un componente lateral. El objetivo está casi al potencial de tierra con una pequeña carga positiva, por lo que cuando los electrones alcanzan el objetivo a baja velocidad son absorbidos sin expulsar más electrones. Esto añade carga negativa a la carga positiva hasta que la región que se está escaneando alcanza un cierto umbral de carga negativa, momento en el que los electrones que se escanean se reflejan por el potencial negativo en lugar de ser absorbidos (en este proceso, el objetivo recupera los electrones necesarios para el siguiente escaneo). Estos electrones reflejados regresan por el tubo de rayos catódicos hacia el primer dínodo del multiplicador de electrones que rodea el cañón de electrones, que se encuentra a un alto potencial. La cantidad de electrones reflejados es una medida lineal de la carga positiva original del objetivo, que, a su vez, es una medida del brillo. [103]
El misterioso "halo de orticón" oscuro que rodea a los objetos brillantes en una imagen capturada con orticón (también conocido como "florecimiento") se basa en el hecho de que el IO depende de la emisión de fotoelectrones, pero una iluminación muy brillante puede producir más de ellos localmente de los que el dispositivo puede manejar con éxito. En un punto muy brillante de una imagen capturada, se expulsa una gran preponderancia de electrones de la placa fotosensible. Pueden expulsarse tantos que el punto correspondiente en la malla de recolección ya no puede absorberlos, y por lo tanto caen de nuevo a puntos cercanos en el objetivo, de manera similar a como el agua salpica en un anillo cuando se arroja una piedra en él. Dado que los electrones salpicados resultantes no contienen suficiente energía para expulsar más electrones donde caen, neutralizarán cualquier carga positiva que se haya acumulado en esa región. Dado que las imágenes más oscuras producen menos carga positiva en el objetivo, el exceso de electrones depositados por la salpicadura será leído como una región oscura por el haz de electrones de escaneo. [ cita requerida ]
En realidad, los fabricantes de tubos cultivaron este efecto hasta cierto punto, ya que una pequeña cantidad cuidadosamente controlada del halo oscuro tiene el efecto de hacer más nítida la imagen visual debido al efecto de contraste (es decir, da la ilusión de estar más nítida de lo que realmente está). El tubo vidicón posterior y sus descendientes (ver más abajo) no exhiben este efecto, por lo que no pudieron usarse para fines de transmisión hasta que se pudo desarrollar un circuito especial de corrección de detalles. [104]
Un tubo vidicón es un diseño de tubo de cámara de vídeo en el que el material objetivo es un fotoconductor. El vidicón fue desarrollado en 1950 en la RCA por PK Weimer, SV Forgue y RR Goodrich como una alternativa simple al orticón de imagen estructural y eléctricamente complejo. [99] [105] [106] [107] Si bien el fotoconductor inicial utilizado fue el selenio, se han utilizado otros objetivos, incluidas las matrices de diodos de silicio. Los vidicones con estos objetivos se conocen como vidicones de silicio o ultricones. [108] [109]
El vidicón es un tubo de cámara de tipo almacenamiento en el que se forma un patrón de densidad de carga por la radiación de la escena captada en una superficie fotoconductora que luego es escaneada por un haz de electrones de baja velocidad . Esta superficie está sobre una placa de vidrio y también se denomina objetivo. [101] [110] Más específicamente, esta placa de vidrio está cubierta por una capa de óxido de indio y estaño (ITO) transparente y eléctricamente conductora, sobre la cual se forma la superficie fotoconductora depositando material fotoconductor que se puede aplicar como pequeños cuadrados con aislamiento entre los cuadrados. El fotoconductor normalmente es un aislante pero se vuelve parcialmente conductor cuando es golpeado por electrones. [101] La salida del tubo proviene de la capa de ITO. [108]
El objetivo se mantiene a un voltaje positivo de 30 voltios y el cátodo en el tubo está a un voltaje negativo de 30 voltios. El cátodo libera electrones que son modulados por la rejilla G1 y acelerados por la rejilla G2 creando un haz de electrones. Las bobinas magnéticas desvían, enfocan y alinean el haz de electrones para que pueda escanear la superficie del objetivo. El haz deposita electrones en el objetivo y cuando suficientes fotones inciden en el objetivo, se produce una diferencia de corriente entre las dos capas conductoras de electricidad del objetivo y, debido a una conexión a una resistencia eléctrica, esta diferencia se emite como voltaje. El voltaje fluctuante creado en el objetivo se acopla a un amplificador de video [101] y se usa para reproducir la escena que se está visualizando, en otras palabras, es la salida de video. La carga eléctrica producida por una imagen permanecerá en la placa frontal hasta que se escanee o hasta que la carga se disipe. Los Vidicons especiales pueden tener resoluciones de hasta 5000 líneas de TV. [111]
Al utilizar un material piroeléctrico como el sulfato de triglicina (TGS) como objetivo, es posible obtener un vidicón sensible en una amplia porción del espectro infrarrojo [112] . Esta tecnología fue precursora de la tecnología moderna de microbolómetros y se utilizó principalmente en cámaras térmicas para extinción de incendios. [113]
Antes del diseño y construcción de la sonda Galileo a Júpiter , a finales de los años 1970 y principios de los años 1980, la NASA utilizó cámaras vidicón en casi todas las sondas espaciales profundas no tripuladas equipadas con capacidad de detección remota . [114] Los tubos vidicón también se utilizaron a bordo de los tres primeros satélites de imágenes terrestres Landsat lanzados en 1972, como parte del sistema de imágenes de Vidicon de haz de retorno (RBV) de cada nave espacial. [115] [116] [117] El Uvicon , un Vidicon variante UV, también fue utilizado por la NASA para tareas UV. [118]
Los tubos Vidicon fueron populares en las décadas de 1970 y 1980, después de lo cual quedaron obsoletos debido a los sensores de imagen de estado sólido , con el dispositivo de carga acoplada (CCD) y luego el sensor CMOS .
Todos los tubos vidicón y similares son propensos al retraso de imagen, más conocido como efecto fantasma, manchado, quemado, colas de cometa, rastros de luminancia y floración de luminancia. El retraso de imagen es visible como rastros notables (generalmente blancos o de color) que aparecen después de que un objeto brillante (como una luz o un reflejo) se haya movido, dejando un rastro que eventualmente se desvanece en la imagen. [119] No se puede evitar ni eliminar, ya que es inherente a la tecnología. En qué grado se ve afectada la imagen generada por el vidicón dependerá de las propiedades del material del objetivo utilizado en el vidicón y de la capacitancia del material del objetivo (conocido como efecto de almacenamiento), así como de la resistencia del haz de electrones utilizado para escanear el objetivo. Cuanto mayor sea la capacitancia del objetivo, mayor será la carga que puede contener y más tiempo tardará el rastro en desaparecer. Las cargas remanentes en el objetivo eventualmente se disipan haciendo que el rastro desaparezca. [120]
Los vidicones pueden dañarse por la exposición a la luz de alta intensidad. [121] El quemado de la imagen ocurre cuando una imagen es capturada por un vidicón durante mucho tiempo y aparece como un contorno persistente de la imagen cuando cambia, y el contorno desaparece con el tiempo. Los vidicones pueden dañarse por la exposición directa al sol, lo que hace que desarrollen manchas oscuras. [122] [123] Los vidicones a menudo usaban trisulfuro de antimonio como material fotoconductor. [108] No tuvieron mucho éxito debido al retraso de la imagen, que se vio en la cámara a color RCA TK-42. [107]
Los vidicones de silicio, vidicones de silicio [124] o Epicones, [125] Vidicones que utilizan conjuntos de diodos de silicio como objetivo, se introdujeron en 1969 para el Picturephone . [126] Son muy resistentes al quemado, tienen un bajo retardo de imagen y una sensibilidad muy alta, pero no se consideran adecuados para la producción de televisión abierta, ya que sufren de una alta floración de imagen y falta de uniformidad de la imagen. Los objetivos en estos tubos están hechos sobre sustratos de silicio y requieren 10 voltios para funcionar, están hechos con procesos de fabricación de dispositivos semiconductores . [125] Estos tubos se podían usar con un intensificador de imagen, en cuyo caso se conocían como tubos intensificados de silicio (SIT), que tenían un fotocátodo adicional frente al objetivo que producía grandes cantidades de electrones cuando eran golpeados por fotones, y los electrones se aceleraban hacia el objetivo con varios cientos de voltios. Estos tubos se usaban para rastrear desechos satelitales. [108]
Plumbicon es una marca registrada de Philips desde 1963, para sus vidicones objetivo de óxido de plomo (II) (PbO). [127] Se demostró en 1965 en el NAB Show . [128] [129] Utilizados con frecuencia en aplicaciones de cámaras de transmisión, estos tubos tienen una salida baja, pero una alta relación señal-ruido . Tienen una resolución excelente en comparación con los orticones de imagen, pero carecen de los bordes artificialmente afilados de los tubos IO, que hacen que parte de la audiencia los perciba como más suaves. CBS Labs inventó los primeros circuitos de mejora de bordes externos para agudizar los bordes de las imágenes generadas por Plumbicon. [130] [131] [132] Philips recibió el Premio Emmy de Tecnología e Ingeniería de 1966 por el Plumbicon. [133] Los objetivos en Plumbicons tienen dos capas: una capa de PbO puro y una capa de PbO dopado. El PbO puro es un semiconductor intrínseco de tipo I, y una capa del mismo se dopa para crear un semiconductor de PbO de tipo P, creando así una unión semiconductora . [134] El PbO está en forma cristalina. [135]
Los Plumbicons fueron la primera versión comercialmente exitosa del Vidicon. Eran más pequeños, tenían menos ruido, mayor sensibilidad y resolución, tenían menos retraso de imagen que los Vidicons, [107] y fueron un factor determinante en el desarrollo de las cámaras de televisión en color. [99] Los tubos de cámara más utilizados en la producción de televisión fueron los Plumbicons y los Saticon. [108] En comparación con los Saticons, los Plumbicons tienen una resistencia mucho mayor al quemado y a los artefactos de cometas y estelas de luces brillantes en la toma. Sin embargo, los Saticons suelen tener una resolución ligeramente superior. Después de 1980, y la introducción del tubo Plumbicon con cañón de diodos, la resolución de ambos tipos era tan alta, en comparación con los límites máximos del estándar de transmisión, que la ventaja de resolución del Saticon se volvió discutible. Mientras que las cámaras de transmisión migraron a dispositivos acoplados por carga de estado sólido, los tubos Plumbicon siguieron siendo un dispositivo de imágenes básico en el campo médico. [130] [131] [132] Los Plumbicons de alta resolución se fabricaron para el estándar HD-MAC . [136] Dado que el PbO no es estable en el aire, la deposición de PbO en el objetivo es un desafío. [137] Los Vistacons desarrollados por RCA [138] y los Leddicons fabricados por EEV [139] también utilizan PbO en sus objetivos. [99]
Hasta 2016, Narragansett Imaging fue la última empresa que fabricó Plumbicons, utilizando fábricas construidas por Philips en Rhode Island, EE. UU . Mientras todavía formaba parte de Philips, la empresa compró el negocio de tubos de óxido de plomo para cámaras de EEV ( English Electric Valve ) y obtuvo el monopolio de la producción de tubos de óxido de plomo. [130] [131] [132] Matsushita también fabricó tubos de óxido de plomo. [140] [141]
Saticon es una marca registrada de Hitachi desde 1973, también producida por Thomson y Sony . Fue desarrollado en un esfuerzo conjunto por Hitachi y NHK Science & Technology Research Laboratories ( NHK es The Japan Broadcasting Corporation). Introducido en 1973, [142] [143] Su superficie consiste en selenio con trazas de arsénico y telurio añadidos (SeAsTe) para hacer que la señal sea más estable. SAT en el nombre se deriva de (SeAsTe). [144] Los tubos Saticon tienen una sensibilidad a la luz promedio equivalente a la de la película 64 ASA . [145] Comparado con el Plumbicon tiene un rango de temperatura de funcionamiento menos ventajoso y tiene más retraso de imagen. [108] El objetivo en un Saticon tiene una capa conductora de electricidad transparente de óxido de estaño, seguida de una capa de SeAsTe, una capa de SeAs y una capa de trisulfuro de antimonio que mira hacia el haz de electrones. [142]
Un fotoconductor amorfo de alta ganancia por avalancha (HARP) hecho de selenio amorfo (a-Se) se puede utilizar para aumentar la sensibilidad a la luz hasta 10 veces la de los saticons convencionales, y los saticons con este tipo de objetivo se conocen como HARPICONs. El objetivo en los HARPICONs está compuesto de ITO (óxido de indio y estaño), CeO 2 (óxido de cerio), selenio dopado con arsénico y fluoruro de litio, selenio dopado con arsénico y telurio, selenio amorfo hecho dopándolo con arsénico y trisulfuro de antimonio. [146] [147] [148] [145] Los saticons se fabricaron para el sistema Sony HDVS , utilizado para producir la primera televisión analógica de alta definición utilizando codificación de muestreo sub-Nyquist múltiple (MUSE). [145]
Pasecon, desarrollado originalmente por Toshiba en 1972 como chalnicon , es una marca registrada de Heimann GmbH desde 1977. Su superficie está compuesta de trióxido de selenio seleniuro (CdSeO 3 ). Debido a su amplia respuesta espectral , se lo etiqueta como vidicón de selenio pancromático , de ahí el acrónimo 'pasecon'. [144] [149] No se considera adecuado para la producción de televisión abierta, ya que sufre un alto retraso de imagen. [108]
Newvicon es una marca registrada de Matsushita desde 1973. [150] Introducidos en 1974, [151] [152] Los tubos Newvicon se caracterizaban por una alta sensibilidad a la luz. Su superficie consiste en una combinación de seleniuro de zinc (ZnSe) y telururo de zinc y cadmio (ZnCdTe). [144] No se considera adecuado para la producción de televisión abierta, ya que sufre un alto retraso de imagen y falta de uniformidad. [108]
Trinicon es una marca registrada de Sony desde 1971. [153] Utiliza un filtro de color RGB de rayas verticales sobre la placa frontal de un tubo de imágenes vidicón estándar para segmentar el escaneo en segmentos correspondientes de rojo, verde y azul. Solo se utilizó un tubo en la cámara, en lugar de un tubo para cada color, como era estándar para las cámaras de color utilizadas en la transmisión de televisión. Se utiliza principalmente en cámaras de consumo de gama baja, como los modelos HVC-2200 y HVC-2400, aunque Sony también lo utilizó en algunas cámaras profesionales de costo moderado en los años 1970 y 1980, como la serie DXC-1600. [154]
Aunque la idea de utilizar filtros de franjas de color sobre el objetivo no era nueva, el Trinicon era el único tubo que utilizaba los colores RGB primarios. Esto requería un electrodo adicional enterrado en el objetivo para detectar dónde se encontraba el haz de electrones de barrido en relación con el filtro de franjas. Los sistemas de franjas de color anteriores habían utilizado colores en los que el circuito de color podía separar los colores puramente de las amplitudes relativas de las señales. Como resultado, el Trinicon ofrecía un rango dinámico de funcionamiento más amplio.
Posteriormente, Sony combinó el tubo Saticon con el filtro de color RGB de Trinicon, lo que proporcionó una sensibilidad con poca luz y un color superior. Este tipo de tubo se conocía como tubo SMF Trinicon o Saticon Mixed Field . Los tubos SMF Trinicon se utilizaron en las cámaras de consumo HVC-2800 y HVC-2500, las cámaras profesionales DXC-1800 y BVP-1, así como en las primeras videocámaras Betamovie . Toshiba ofreció un tubo similar en 1974, [155] y Hitachi también desarrolló un Saticon similar con un filtro de color en 1981. [156]
Todos los tubos de tipo vidicón, excepto el propio vidicón, podían utilizar una técnica de polarización de la luz para mejorar la sensibilidad y el contraste. El objetivo fotosensible de estos tubos sufría la limitación de que el nivel de luz tenía que aumentar hasta un nivel determinado antes de que se produjera cualquier salida de vídeo. La polarización de la luz era un método mediante el cual el objetivo fotosensible se iluminaba con una fuente de luz lo suficiente como para que no se obtuviera una salida apreciable, pero de modo que un ligero aumento en el nivel de luz de la escena fuera suficiente para proporcionar una salida discernible. La luz provenía de un iluminador montado alrededor del objetivo o, en cámaras más profesionales, de una fuente de luz en la base del tubo y guiada hasta el objetivo mediante una canalización de luz. La técnica no funcionaba con el tubo vidicón básico porque sufría la limitación de que, como el objetivo era fundamentalmente un aislante, el bajo nivel de luz constante acumulaba una carga que se manifestaba como una forma de empañamiento . Los otros tipos tenían objetivos semiconductores que no tenían este problema.
Las primeras cámaras a color utilizaban la técnica obvia de utilizar tubos de imagen separados rojo, verde y azul junto con un separador de color , una técnica que todavía se utiliza en las cámaras de estado sólido 3CCD en la actualidad. También era posible construir una cámara a color que utilizara un solo tubo de imagen. Una técnica ya se ha descrito (Trinicon arriba). Una técnica más común y más simple desde el punto de vista de la construcción del tubo era superponer el objetivo fotosensible con un filtro de rayas de color que tuviera un patrón fino de rayas verticales de filtros verde, cian y transparente (es decir, verde; verde y azul; y verde, azul y rojo) que se repetían a lo largo del objetivo. La ventaja de esta disposición era que, para prácticamente todos los colores, el nivel de vídeo del componente verde siempre era menor que el cian, y de manera similar, el cian siempre era menor que el blanco. De este modo, las imágenes contribuyentes se podían separar sin ningún electrodo de referencia en el tubo. Si los tres niveles eran iguales, entonces esa parte de la escena era verde. Este método tenía la desventaja de que los niveles de luz bajo los tres filtros casi con certeza serían diferentes y el filtro verde no dejaba pasar más de un tercio de la luz disponible.
Existen variaciones de este esquema, la principal de las cuales consiste en utilizar dos filtros con franjas de color superpuestas de modo que los colores formen rombos orientados verticalmente que se superponen al objetivo. Sin embargo, el método de extracción del color es similar.
Durante las décadas de 1930 y 1940, se desarrollaron sistemas de color secuenciales de campo que utilizaban discos de filtro de color accionados por motor sincronizados en el tubo de imagen de la cámara y en el receptor de televisión. Cada disco constaba de filtros de color transparentes rojo, azul y verde. En la cámara, el disco estaba en el camino óptico y en el receptor, estaba delante del tubo de rayos catódicos. La rotación del disco estaba sincronizada con el barrido vertical, de modo que cada barrido vertical en secuencia era para un color primario diferente. Este método permitió que los tubos de imagen en blanco y negro y los tubos de rayos catódicos normales generaran y mostraran imágenes en color. Un sistema de disco de color secuencial de campo desarrollado por Peter Goldmark para CBS fue demostrado a la prensa el 4 de septiembre de 1940, [157] [158] [159] y fue mostrado por primera vez al público general el 12 de enero de 1950. [160] Guillermo González Camarena desarrolló de forma independiente un sistema de disco de color secuencial de campo en México a principios de la década de 1940, para el cual solicitó una patente en México el 19 de agosto de 1940 y en los EE. UU. en 1941. [161] González Camarena produjo su sistema de televisión en color en su laboratorio Gon-Cam para el mercado mexicano y lo exportó al Columbia College de Chicago, quien lo consideró como el mejor sistema del mundo. [162] [163]
El fenómeno conocido como enfoque magnético fue descubierto por AA Campbell-Swinton en 1896. Descubrió que un campo magnético longitudinal generado por una bobina axial puede enfocar un haz de electrones. [164] Este fenómeno fue corroborado inmediatamente por JA Fleming , y Hans Busch dio una interpretación matemática completa en 1926. [165]
Los diagramas de este artículo muestran que la bobina de enfoque rodea el tubo de la cámara; es mucho más larga que las bobinas de enfoque de los CRT de los televisores anteriores. Las bobinas de enfoque del tubo de la cámara, por sí mismas, tienen líneas de fuerza esencialmente paralelas, muy diferentes de la geometría del campo magnético semitoroidal localizado dentro de la bobina de enfoque de un CRT de un receptor de televisión. Esta última es esencialmente una lente magnética ; enfoca el "cruce" (entre el cátodo del CRT y el electrodo G1, donde los electrones se juntan y divergen nuevamente) sobre la pantalla.
La óptica electrónica de los tubos de las cámaras difiere considerablemente. Los electrones dentro de estas largas bobinas de enfoque toman caminos helicoidales a medida que viajan a lo largo del tubo. El centro (piense en el eje local) de una de esas hélices es como una línea de fuerza del campo magnético. Mientras los electrones viajan, las hélices esencialmente no importan. Suponiendo que comienzan desde un punto, los electrones se enfocarán en un punto nuevamente a una distancia determinada por la fuerza del campo. Enfocar un tubo con este tipo de bobina es simplemente una cuestión de ajustar la corriente de la bobina. En efecto, los electrones viajan a lo largo de las líneas de fuerza, aunque helicoidalmente, en detalle.
Estas bobinas de enfoque son esencialmente tan largas como los propios tubos y rodean el yugo de deflexión (bobinas). Los campos de deflexión doblan las líneas de fuerza (con un desenfoque insignificante) y los electrones siguen las líneas de fuerza.
En un tubo de rayos catódicos convencional con deflexión magnética, como el de un receptor de televisión o un monitor de ordenador, las bobinas de deflexión verticales son básicamente equivalentes a bobinas enrolladas alrededor de un eje horizontal. Ese eje es perpendicular al cuello del tubo; las líneas de fuerza son básicamente horizontales. (En detalle, las bobinas de un yugo de deflexión se extienden a cierta distancia más allá del cuello del tubo y se encuentran cerca del reborde de la bombilla; tienen una apariencia verdaderamente distintiva).
En un tubo de cámara enfocado magnéticamente (existen vidicones enfocados electrostáticamente), las bobinas de deflexión vertical están por encima y por debajo del tubo, en lugar de estar a ambos lados. Se podría decir que este tipo de deflexión comienza a crear curvas en forma de S en las líneas de fuerza, pero no llega a ese extremo.
El tamaño de los tubos de las cámaras de vídeo es simplemente el diámetro exterior total de la envoltura de vidrio. Esto difiere del tamaño del área sensible del objetivo, que normalmente es dos tercios del tamaño del diámetro total. Los tamaños de los tubos siempre se expresan en pulgadas por razones históricas. Un tubo de cámara de una pulgada tiene un área sensible de aproximadamente dos tercios de pulgada en diagonal o unos 16 mm.
Aunque el tubo de la cámara de vídeo está ahora tecnológicamente obsoleto , el tamaño de los sensores de imagen de estado sólido todavía se expresa como el tamaño equivalente de un tubo de cámara. Para este propósito se acuñó un nuevo término y se conoce como formato óptico . El formato óptico es aproximadamente la diagonal real del sensor multiplicada por 3 ⁄ 2 . El resultado se expresa en pulgadas y normalmente, aunque no siempre, se redondea a una fracción conveniente (de ahí la aproximación). Por ejemplo, un sensor de 6,4 mm × 4,8 mm (0,25 in × 0,19 in) tiene una diagonal de 8,0 mm (0,31 in) y, por lo tanto, un formato óptico de 8,0 × 3 ⁄ 2 = 12 mm (0,47 in), que se redondea a la fracción imperial conveniente de 1 ⁄ 2 pulgada (13 mm). El parámetro también es la fuente de los "Cuatro Tercios" en el sistema Cuatro Tercios y su extensión Micro Cuatro Tercios : el área de imagen del sensor en estas cámaras es aproximadamente la de un tubo de cámara de vídeo de 4 ⁄ 3 pulgadas (3,4 cm) a aproximadamente 22 milímetros (0,87 pulgadas). [166]
Aunque el tamaño del formato óptico no guarda relación con ningún parámetro físico del sensor, su uso significa que una lente que se hubiera utilizado con (por ejemplo) un tubo de cámara de 4 ⁄ 3 pulgadas dará aproximadamente el mismo ángulo de visión cuando se use con un sensor de estado sólido con un formato óptico de 4 ⁄ 3 de pulgada.
La tecnología de los tubos de vídeo se extendió hasta los años 90, cuando se utilizaron tubos de vídeo de alta definición de 1035 líneas en el sistema de transmisión MUSE HD. Si bien se probaron los CCD para esta aplicación, en 1993 las emisoras todavía los consideraban inadecuados debido a problemas para lograr la alta resolución necesaria sin comprometer la calidad de la imagen con efectos secundarios indeseables. [167]
Los sensores modernos basados en dispositivos de carga acoplada (CCD) y CMOS ofrecen muchas ventajas sobre sus contrapartes de tubo. Estas incluyen la falta de retardo de imagen, alta calidad general de imagen, alta sensibilidad a la luz y rango dinámico, una mejor relación señal-ruido y una confiabilidad y robustez significativamente mayores. Otras ventajas incluyen la eliminación de las respectivas fuentes de alimentación de alto y bajo voltaje requeridas para el haz de electrones y el filamento calefactor , la eliminación del circuito de control para las bobinas de enfoque, la falta de tiempo de calentamiento y un consumo de energía general significativamente menor. A pesar de estas ventajas, la aceptación e incorporación de sensores de estado sólido en cámaras de televisión y video no fue inmediata. Los primeros sensores tenían una resolución y un rendimiento inferiores a los de los tubos de imagen, y en un principio se relegaron a equipos de grabación de video de consumo. [167]
Además, los tubos de vídeo habían avanzado hasta alcanzar un alto nivel de calidad y eran equipos estándar para las redes y las entidades de producción. Esas entidades habían invertido mucho no sólo en cámaras de tubo, sino también en el equipo auxiliar necesario para procesar correctamente el vídeo derivado de los tubos. El cambio a sensores de imagen de estado sólido dejó obsoletos muchos de esos equipos (y las inversiones que los respaldaban) y requirió nuevos equipos optimizados para funcionar bien con sensores de estado sólido, de la misma manera que los equipos antiguos estaban optimizados para el vídeo de origen tubular.
Debido a su relativa insensibilidad a la radiación, en comparación con los dispositivos basados en semiconductores, los tubos de cámaras de vídeo todavía se utilizan ocasionalmente en entornos de alta radiación, como las centrales nucleares. [ cita requerida ]