Los tubos de las cámaras de vídeo eran 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 dispositivos de carga acoplada (CCD) en la década de 1980. Se utilizaron varios tipos diferentes de tubos desde principios de la década de 1930 hasta finales de la década de 1990.
En estos tubos, se escaneaba un haz de electrones a través de una imagen de la escena que se iba a transmitir enfocada hacia un objetivo. Esto generó una corriente que dependía del brillo de la imagen en el objetivo en el punto de escaneo. El tamaño del rayo impactante era pequeño en comparación con el tamaño del objetivo, lo que permitía entre 480 y 486 líneas de escaneo horizontal por imagen en formato NTSC , 576 líneas en PAL , [1] y hasta 1035 líneas en Hi-Vision .
Cualquier tubo de vacío que funcione utilizando un haz enfocado de electrones, originalmente llamado rayos catódicos , se conoce como tubo de rayos catódicos (CRT). Por lo general, se consideran dispositivos de visualización como los que se utilizan en receptores de televisión y pantallas de computadora más antiguos (es decir, no de pantalla plana ). Los tubos captadores de las cámaras descritos en este artículo también son CRT, 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 ), analizaba cómo se podría realizar un sistema de televisión totalmente 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 verdaderas dificultades radican en diseñar un transmisor eficiente", y que era posible que "ningún fenómeno fotoeléctrico conocido actualmente proporcione lo que se requiere". [3] El profesor alemán Max Dieckmann demostró con éxito un tubo de rayos catódicos como dispositivo de visualización en 1906; sus resultados experimentales fueron publicados por la revista Scientific American en 1909. [4] Campbell-Swinton amplió posteriormente su visión en un discurso presidencial pronunciado ante la Sociedad Röntgen en noviembre de 1911. La pantalla fotoeléctrica en el dispositivo transmisor propuesto era un mosaico de elementos aislados. cubos de rubidio. [5] [6] Su concepto de un sistema de televisión totalmente electrónico fue popularizado más tarde 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 La transmisión eléctrica de fotografías . [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. Intentaron generar una señal eléctrica proyectando una imagen sobre una placa de metal recubierta de selenio que era escaneada simultáneamente por un haz de rayos catódicos . [11] [12] Estos experimentos se llevaron a cabo antes de marzo de 1914, cuando Minchin murió, [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 estaba cubierta con sulfuro de zinc o seleniuro, [14] o con aluminio o circonio. Óxido tratado con cesio. [15] Estos experimentos formarían la base del futuro vidicon. Una descripción de un dispositivo de imágenes 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 hasta un ánodo , que sirve como detector de electrones. [17] [1] Entre los primeros en diseñar un dispositivo de este tipo se encontraban 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 fotoeléctrico para televisión ). [19] El término puede aplicarse específicamente a un tubo disector que emplea campos magnéticos para mantener enfocada la imagen del electrón, [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 concedió una patente en octubre de 1927. [19] Sus experimentos con el disector de imágenes se anunciaron en la edición de septiembre de 1927 de la popular revista Discovery [21] [22] y en el número 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 necesaria ]
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 rápidamente realizó mejoras en el dispositivo, entre ellas la introducción de un multiplicador de electrones hecho de níquel [25] [26] y utilizando un "campo magnético longitudinal" para enfocar nítidamente la imagen del electrón. [27] El dispositivo mejorado se demostró 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" de múltiples dínodos en 1937 [32] [33] convirtió el disector de imágenes de Farnsworth en 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 sólo cuando la iluminación era excepcionalmente alta (normalmente más de 685 cd /m 2 ). [35] [36] [37] Sin embargo, era ideal para aplicaciones industriales, como monitorear el interior brillante de un horno industrial. Debido a su escasa sensibilidad a la luz, los disectores de imágenes rara vez se utilizaban en retransmisiones televisivas, excepto para escanear películas y otras transparencias. [ cita necesaria ]
En abril de 1933, Farnsworth presentó una solicitud de patente también titulada Image Dissector , pero que en realidad detallaba un tubo de cámara 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 comprarlo para vender tubos de imagen orthicon 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 investigaciones en sistemas de televisión antes de ser reemplazados por otros 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 disección de imágenes rápidamente y por completo dejaron de usarse en el campo de la transmisión de televisión, continuaron utilizándose para obtener 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 en un fotocátodo montado dentro de un alto vacío. Cuando la luz incide en el fotocátodo, se emiten electrones en proporción a la intensidad de la luz (ver efecto fotoeléctrico ). Toda la imagen del electrón se desvía y una apertura de escaneo permite que el detector solo capture en un momento dado aquellos electrones que emanan de un área muy pequeña del fotocátodo. La salida del detector es una corriente eléctrica cuya magnitud es una medida del brillo del área correspondiente de la imagen. La imagen electrónica se desvía periódicamente horizontal y verticalmente (" exploración rasterizada ") de modo que el detector lee la imagen completa muchas veces por segundo, produciendo una señal eléctrica que puede transmitirse 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 las cámaras electrónicas (como el disector de imágenes ) adolecían de un defecto muy decepcionante y fatal: escaneaban al sujeto y lo que se veía en cada punto era sólo el pequeño trozo de luz visto en el instante en que el sistema de escaneo pasaba sobre él. Un tubo de cámara práctico y funcional necesitaba un enfoque tecnológico diferente, que más tarde se conoció como tubo de cámara de carga y almacenamiento. Se basó en un nuevo fenómeno físico que fue descubierto y patentado en Hungría en 1926, pero que no se comprendió y reconoció ampliamente hasta alrededor de 1930. [43]
Un iconoscopio es un tubo de cámara que proyecta una imagen en una placa especial de almacenamiento de carga que contiene un mosaico de gránulos fotosensibles aislados eléctricamente y 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 incide sobre él. Un haz de electrones barre periódicamente la placa, escaneando efectivamente la imagen almacenada y descargando cada capacitor a su vez, de modo que la salida eléctrica de cada capacitor sea proporcional a la intensidad promedio de la luz que lo incide 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 ahora desconocido, que supuso 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 resulta en una baja salida eléctrica de los tubos transmisores o de las cámaras se resolvería con la introducción de la tecnología de almacenamiento de carga por parte de Tihanyi a principios de 1925. [46] Su solución Era un tubo de cámara que acumulaba y almacenaba cargas eléctricas ( fotoelectrones ) dentro del tubo durante cada ciclo de escaneo. El dispositivo se describió por primera vez en una solicitud de patente que presentó en Hungría en marzo de 1926 para un sistema de televisión al 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 en Westinghouse Electric Corporation en Pittsburgh, Pensilvania, el ingeniero estadounidense de origen ruso 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. Material (hidruro de potasio) formado por 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 para formar un depósito coloidal de hidruro de potasio formado por glóbulos diminutos. Cada glóbulo es fotoeléctricamente muy activo y constituye, a todos los efectos, una diminuta célula fotoeléctrica individual". Su primera imagen se transmitió 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 director general de Westinghouse , y se le pidió a Zworykin "que trabajar 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 extensas 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 hoja de mica plateada en el horno durante demasiado tiempo. Al examinarla con un microscopio, notó que la capa de plata se había dividido en una miríada de pequeños glóbulos de plata aislados. [54] También notó que "la pequeña 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, que fue emitida en 1935. [45] Sin embargo, el equipo de Zworykin no fue el único grupo de ingeniería que trabajó en dispositivos que Usó 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 denominaron "Emitron". [55] Un servicio de transmisión de 405 líneas que empleaba Emitron comenzó en los estudios de Alexandra Palace en 1936, y las patentes se emitieron en el Reino Unido en 1934 y en los EE. UU. en 1937. [56]
El iconoscopio se presentó 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 y útil con una iluminación en el objetivo entre 40 y 215 lux (4-20 pies-c ). También fue más fácil de fabricar y produjo una imagen muy clara. [ cita necesaria ] El iconoscopio fue el tubo de cámara principal utilizado por la transmisión RCA desde 1936 hasta 1946, cuando fue reemplazado por el tubo de orticon de imagen. [61] [62]
El iconoscopio original era ruidoso, tenía una alta proporción de interferencia a señal y, en última instancia, dio resultados decepcionantes, especialmente en comparación con los sistemas de escaneo mecánico de alta definición que estaban disponibles en ese momento. [63] [64] El equipo de EMI bajo la supervisión de Isaac Shoenberg analizó cómo el Emitron (o iconoscopio) produce una señal electrónica y concluyó que su eficiencia real era sólo 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 la atraviesa 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 así comunicaron sus resultados a Zworykin. [64] [65]
El nuevo tubo de cámara de vídeo desarrollado por Lubszynski, Rodda y McGee en 1934 fue denominado "el super-Emitron". Este tubo es una combinación del disector de imágenes y el Emitron. Posee un eficiente fotocátodo que transforma la luz de la escena en una imagen electrónica; Este último es luego acelerado hacia un objetivo especialmente preparado para la emisión de electrones secundarios . Cada electrón individual de la imagen del electrón produce varios electrones secundarios después de alcanzar el objetivo, de modo que se produce un efecto de amplificación. El objetivo está construido a partir de un mosaico de gránulos metálicos aislados eléctricamente y 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 recorre periódicamente el objetivo, escaneando efectivamente la imagen almacenada, descargando cada gránulo y produciendo una señal electrónica como en el iconoscopio. [66] [67] [68]
El super-Emitron era entre diez y quince veces más sensible que los tubos Emitron y iconoscopio originales y, en algunos casos, esta proporción era considerablemente mayor. [65] Fue utilizado para una transmisión exterior por la BBC, por primera vez, 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 pudo retransmitir en directo una escena de la calle a través de cámaras instaladas en el tejado de los edificios vecinos. [69]
Por otro lado, en 1934, Zworykin compartió algunos derechos de patente con la empresa licenciataria alemana Telefunken. [70] Como resultado de la colaboración se produjo el iconoscopio de imágenes (Superikonoskop en Alemania). Este tubo es esencialmente idéntico al super-Emitron, pero el objetivo está construido con una fina capa de material aislante colocada encima de una base conductora; falta el mosaico de gránulos metálicos. La producción y comercialización del superEmitron y del 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 propio en Estados Unidos. [20]
El iconoscopio de imágenes (Superikonoskop) se convirtió en el estándar industrial para la radiodifusión pública en Europa desde 1936 hasta 1960, cuando fue reemplazado por los tubos vidicon y plumbicon. De hecho, fue el representante de la tradición europea de los tubos electrónicos que competía con la tradición americana representada por la imagen del orticon. [71] [72] La empresa alemana Heimann produjo el Superikonoskop para los Juegos Olímpicos de Berlín de 1936, [73] posteriormente Heimann también lo produjo y comercializó de 1940 a 1955, finalmente la empresa holandesa Philips produjo y comercializó el iconoscopio de imagen y multicon a partir de 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; esta última 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 a partir de un mosaico de gránulos metálicos aislados eléctricamente y 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 recorre periódicamente el objetivo, escaneando efectivamente la imagen almacenada y descargando cada capacitor a su vez, de modo que la salida eléctrica de cada capacitor 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 imagen es esencialmente idéntico al super-Emitron, pero el objetivo está construido con una fina capa de material aislante colocada encima de 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 del electrón 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 atravesaba. [65] Una solución obvia fue escanear el mosaico con un haz de electrones de baja velocidad que produjo menos energía en las proximidades de la placa, de modo que no se emitieron electrones secundarios en absoluto. Es decir, se proyecta una imagen sobre el mosaico fotoeléctrico de una placa de almacenamiento de carga, de modo que allí se producen y almacenan cargas positivas debido a la fotoemisión y la capacitancia , respectivamente. Estas cargas almacenadas luego se descargan suavemente mediante un haz de barrido de electrones de baja velocidad , evitando la emisión de electrones secundarios. [77] [18] No todos los electrones del haz de exploración 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 nuevamente hacia el ánodo, [38] [44] son capturados por una rejilla especial , [78] [79] [80] o desviados nuevamente hacia un multiplicador de electrones . [81]
Los tubos de haz de exploración de baja velocidad tienen varias ventajas; Hay niveles bajos de señales espurias y una alta eficiencia de conversión de luz en señal, de modo que la salida de señal es máxima. Sin embargo, también existen serios problemas, porque el haz de electrones se propaga y acelera en una dirección paralela al objetivo cuando escanea los bordes y esquinas de la imagen, de modo que produce electrones secundarios y se obtiene una imagen bien enfocada en el centro. pero borroso en las fronteras. [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 de EMI fueron los primeros ingenieros en transmitir una señal clara. y una imagen bien enfocada con un tubo de este tipo. [40] Otra mejora es el uso de una placa de almacenamiento de carga semitransparente. A continuación, la imagen de la escena se proyecta en la parte posterior de la placa, mientras que el haz de electrones de baja velocidad escanea el mosaico fotoeléctrico en la parte 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 tras otro. [18]
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El primer tubo de haz de escaneo de baja velocidad completamente funcional, el CPS Emitron, fue inventado y demostrado por el equipo de 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 en los que una placa de almacenamiento de carga estaba protegida por un par de rejillas especiales , una rejilla negativa (o ligeramente positiva) estaba muy cerca de la placa y una rejilla negativa (o ligeramente positiva) estaba muy cerca de la placa. uno positivo se colocó más lejos. [78] [79] [80] La velocidad y la energía de los electrones en el haz de escaneo se redujeron a cero por el campo eléctrico de desaceleración generado por este par de rejillas, por lo que se obtuvo un tubo de haz de escaneo de baja velocidad. [77] [85] El equipo de EMI siguió trabajando en estos dispositivos, y Lubszynski descubrió en 1936 que se podía producir una imagen clara si la trayectoria del haz de escaneo de baja velocidad era casi perpendicular (ortogonal) a la placa de almacenamiento de carga en un barrio de la misma. [40] [86] El dispositivo resultante se denominó Emitron con potencial estabilizado del cátodo, 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] fue ampliamente utilizado 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 escaneo de baja velocidad al que llegaron a denominar orticón. [88] [89] Iams y Rose resolvieron el problema de guiar el haz y mantenerlo enfocado instalando placas de desviación y bobinas de desviación especialmente diseñadas 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 imagen, [91] pero también era inestable bajo destellos repentinos de luz brillante, produciendo "la apariencia de una gran gota de agua que se evapora lentamente sobre parte de la escena". [18]
La imagen orticón (a veces abreviada IO), fue común en la radiodifusión estadounidense desde 1946 hasta 1968. [62] Una combinación del disector de imágenes y las tecnologías orticón, reemplazó al iconoscopio en los Estados Unidos, que requería una gran cantidad de luz para trabajar adecuadamente. [92]
El tubo de orticon de imagen fue desarrollado en 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 mayor trabajo de desarrollo, RCA creó modelos originales entre 1939 y 1940. [62] El Comité de Investigación de Defensa Nacional firmó un contrato con RCA donde la NDRC pagó por su desarrollo posterior. Tras el desarrollo por parte de RCA del tubo de orticones de imagen más sensible en 1943, RCA celebró 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 capacitancia entre una multitud de colectores pequeños pero discretos sensibles a la luz y una placa de señal aislada para leer información de video, el orticón de imagen empleaba lecturas de carga directa de un colector continuo cargado electrónicamente. La señal resultante era inmune a la mayoría de las señales extrañas de otras partes del objetivo y podía producir imágenes extremadamente detalladas. Por ejemplo, la NASA todavía utilizaba cámaras de imágenes orticónicas para capturar los cohetes Apolo/Saturno que se acercaban a la órbita, aunque las cadenas de televisión habían eliminado gradualmente las cámaras. Sólo ellos podrían proporcionar suficientes detalles. [95] [ verificación fallida ]
Una cámara de imagen orthicon puede tomar imágenes de televisión a la luz de las velas debido al área sensible a la luz más ordenada y a la presencia de un multiplicador de electrones en la base del tubo, que funcionaba 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 brillar con luz brillante, lo que provoca que se vea un halo oscuro alrededor del objeto; Esta anomalía se conoció como un florecimiento en la industria de la radiodifusión cuando los tubos de imagen Orthicon 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 muy ineficiente sistema óptico de división del haz de la cámara. [96] [97]
En un momento dado, el tubo de orthicon de imágenes fue denominado coloquialmente Immy. Harry Lubcke, el entonces presidente de la Academia de Artes y Ciencias de la Televisión , decidió que su premio llevara el nombre de este apodo. Como la estatuilla era femenina, se feminizó en Emmy . [98] La imagen orthicon se utilizó hasta el final de la producción televisiva en blanco y negro en la década de 1960. [99]
Un orticon 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 varias etapas. [100]
En el almacén de imágenes, la luz incide sobre el fotocátodo, que es una placa fotosensible con un potencial muy negativo (aprox. -600 V), y se convierte en una imagen electrónica (un principio tomado del disector de imágenes). Luego, esta lluvia de electrones se acelera hacia el objetivo (una placa de vidrio muy delgada que actúa como semiaislante) a potencial de tierra (0 V) y pasa a través de una malla de alambre muy fina (casi 200 o 390 [101] cables por cm). , muy cerca (unas pocas centésimas de cm) y paralelo 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, provocan una salpicadura de electrones por efecto de la emisión secundaria . En promedio, cada electrón de la imagen expulsa varios electrones de salpicadura (agregando así amplificación por emisión secundaria), y estos electrones en exceso son absorbidos por la malla positiva, eliminando efectivamente los 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 mayor carga positiva. [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 con un alto voltaje positivo (aprox. +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 desviación horizontal y vertical, escaneando efectivamente el objetivo. Gracias al campo magnético axial de la bobina de enfoque, esta deflexión no es en línea recta, por lo que cuando los electrones alcanzan el objetivo lo hacen de forma perpendicular evitando una 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 agrega carga negativa a la carga positiva hasta que la región que se escanea alcanza un umbral de carga negativa, momento en el cual los electrones de escaneo son reflejados 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 dinodo del multiplicador de electrones que rodea el cañón de electrones, que está a alto potencial. El número 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 orthicon" oscuro alrededor de objetos brillantes en una imagen capturada por orthicon (también conocido como "blooming") 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 que el dispositivo puede manejar con éxito. En un punto muy brillante de una imagen capturada, una gran preponderancia de electrones es expulsada de la placa fotosensible. Es posible que se expulsen tantos que el punto correspondiente de la malla de recolección ya no pueda absorberlos y, por lo tanto, vuelvan a caer a puntos cercanos del objetivo, de forma muy similar a como el agua salpica en un anillo cuando se arroja una piedra al mismo. Dado que los electrones salpicados resultantes no contienen suficiente energía para expulsar más electrones donde aterrizan, 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 haz de electrones de barrido leerá el exceso de electrones depositados por la salpicadura como una región oscura. [ cita necesaria ]
En realidad, este efecto fue cultivado por los fabricantes de tubos 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, dar la ilusión de estar más concentrado de lo que realmente está). El tubo vidicon posterior y sus descendientes (ver más abajo) no exhiben este efecto y, por lo tanto, no podrían usarse para fines de transmisión hasta que se pudieran desarrollar circuitos de corrección de detalles especiales. [104]
Un tubo vidicón es un diseño de tubo de cámara de vídeo en el que el material objetivo es un fotoconductor. El vidicon fue desarrollado en 1950 en 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 selenio, se han utilizado otros objetivos, incluidos conjuntos de diodos de silicio. Los vidicons con estos objetivos se conocen como Si-vidicons o Ultricons. [108] [109]
El vidicon es un tubo de cámara de tipo almacenamiento en el que se forma un patrón de densidad de carga mediante la radiación de la escena fotografiada sobre 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 llama objetivo. [101] [110] Más específicamente, esta placa de vidrio está cubierta por una capa eléctricamente conductora transparente de óxido de indio y estaño (ITO), y el material fotoconductor se deposita encima como pequeños cuadrados con aislamiento entre ellos, formando así la superficie fotoconductora. . El fotoconductor normalmente es un aislante, pero se vuelve parcialmente conductor cuando lo golpean los 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 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 el haz de electrones, lo enfocan y lo alinean para que pueda escanear la superficie del objetivo. El haz deposita electrones en el objetivo y cuando suficientes fotones golpean el objetivo, se produce una diferencia de corriente entre las dos capas eléctricamente conductoras del objetivo y, debido a una conexión a una resistencia eléctrica, esta diferencia se genera como voltaje. El voltaje fluctuante creado en el objetivo se acopla a un amplificador de video [101] que se puede usar para reproducir la escena que se está fotografiando. 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 un vidicon 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 de 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 vidicon en casi todas las sondas no tripuladas del espacio profundo equipadas con la capacidad de detección remota . [114] Los tubos Vidicon también se utilizaron a bordo de los tres primeros satélites Landsat de imágenes terrestres lanzados en 1972, como parte del sistema de imágenes Return Beam Vidicon (RBV) de cada nave espacial. [115] [116] [117] El Uvicon , una variante de Vidicon 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 vidicon y similares son propensos a sufrir retrasos en la imagen, más conocidos como imágenes fantasma, manchas, quemados, colas de cometas, estelas lumínicas y floración de luminancia. El retraso de la imagen es visible como rastros perceptibles (generalmente blancos o de colores) que aparecen después de que un objeto brillante (como una luz o un reflejo) se ha 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. El grado de afectación de la imagen generada por el Vidicon dependerá de las propiedades del material objetivo utilizado en el Vidicon y de la capacitancia del material 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 podrá 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 resultar dañados por la exposición a luz de alta intensidad. [121] La imagen quemada ocurre cuando una imagen es capturada por un Vidicon 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 provoca que desarrollen manchas oscuras. [122] [123] los Vidicons utilizaban a menudo trisulfuro de antimonio como material fotoconductor. [108] No tuvieron mucho éxito debido al retraso de la imagen, que se observó en la cámara en color RCA TK-42. [107]
Los Si-vidicons, vidicons de silicio [124] o Epicons, [125] Vidicons que utilizan matrices de diodos de silicio para el objetivo, se introdujeron en 1969. [126] Son muy resistentes al desgaste, tienen un bajo retraso de imagen y una sensibilidad muy alta. pero no se consideran adecuados para la producción de televisión, ya que sufren de un alto florecimiento de la imagen y falta de uniformidad de la misma. Los objetivos de estos tubos están fabricados sobre sustratos de silicio y requieren 10 voltios para funcionar; se fabrican con procesos de fabricación de dispositivos semiconductores . [125] Estos tubos podrían usarse con un intensificador de imágenes, en cuyo caso se los conocía 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 eran Aceleró hacia el objetivo con varios cientos de voltios. Estos tubos se utilizaron para rastrear desechos de satélites. [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 la feria NAB . [128] [129] Utilizados con frecuencia en aplicaciones de cámaras de transmisión, estos tubos tienen un rendimiento bajo, pero una relación señal-ruido alta . Tienen una resolución excelente en comparación con los orticones de imagen, pero carecen de los bordes artificialmente afilados de los tubos IO, lo que hace que algunos espectadores los perciban como más suaves. CBS Labs inventó los primeros circuitos externos de mejora de bordes para afinar los bordes de las imágenes generadas por Plumbicon. [130] [131] [132] Philips recibió el premio Emmy de Tecnología e Ingeniería de 1966 por Plumbicon. [133] Los objetivos en Plumbicons tienen dos capas: una capa de PbO pura y una capa de PbO dopada. El PbO puro es un semiconductor intrínseco de tipo I, y una capa del mismo está dopada para crear un semiconductor de PbO de tipo P, creando así una unión semiconductora . [134] El PbO está en forma cristalina. [135]
Plumbicons fueron la primera versión comercialmente exitosa de Vidicon. Eran más pequeños, tenían menos ruido, mayor sensibilidad y resolución, tenían menos retraso de imagen que los Vidicons [107] y fueron un factor decisivo 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 el Saticon. [108] En comparación con los Saticons, los Plumbicons tienen una resistencia mucho mayor al quemado y a los artefactos de cometas y rastros de luces brillantes en la toma. Sin embargo, los Saticons suelen tener una resolución ligeramente mayor. Después de 1980, y la introducción del tubo Plumbicon con pistola 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. Si bien las cámaras de transmisión migraron a dispositivos de estado sólido con carga acoplada, los tubos Plumbicon siguieron siendo un dispositivo de imágenes básico en el campo médico. [130] [131] [132] Los Plumbicons de alta resolución se crearon 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 las fábricas que Philips construyó en Rhode Island, EE. UU . Cuando todavía formaba parte de Philips, la empresa compró el negocio de tubos para cámaras de óxido de plomo de EEV ( English Electric Valve ) y obtuvo un monopolio en 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 los Laboratorios de Investigación de Ciencia y Tecnología NHK ( NHK es The Japan Broadcasting Corporation). Introducido en 1973, [142] [143] Su superficie está compuesta de selenio con trazas de arsénico y teluro añadidos (SeAsTe) para hacer la señal 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] En comparación 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 eléctricamente conductora transparente de óxido de estaño, seguida de una capa de SeAsTe, una capa de SeAs y una capa de trisulfuro de antimonio que se enfrenta al haz de electrones. [142]
Se puede utilizar un fotoconductor amorfo de alta ganancia (HARP) hecho de selenio amorfo (a-Se) 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 de los HARPICON está compuesto por 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 obtenido dopándolo con arsénico y trisulfuro de antimonio. . [146] [147] [148] [145] Los Saticons se crearon para el sistema Sony HDVS , utilizado para producir los primeros televisores analógicos de alta definición utilizando codificación de muestreo sub-Nyquist múltiple (MUSE). [145]
Desarrollado originalmente por Toshiba en 1972 como chalnicon , Pasecon es una marca registrada de Heimann GmbH desde 1977. Su superficie está compuesta de trióxido de seleniuro de cadmio (CdSeO 3 ). Debido a su amplia respuesta espectral , se le etiqueta como vidicon 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 consta de una combinación de seleniuro de zinc (ZnSe) y telururo de zinc-cadmio (ZnCdTe). [144] No se considera adecuado para la producción de televisión abierta, ya que sufre de 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 con rayas verticales sobre la placa frontal de un tubo de imágenes vidicon que de otro modo sería estándar para segmentar el escaneo en los correspondientes segmentos rojo, verde y azul. En la cámara sólo se utilizó un tubo, en lugar de un tubo para cada color, como era habitual en las cámaras en color utilizadas en la retransmisión televisiva. 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 la década de 1980, como los modelos DXC-1800 y BVP-1. [154]
Aunque la idea de utilizar filtros de franjas de colores sobre el objetivo no era nueva, el Trinicon era el único tubo que utilizaba los colores RGB primarios. Esto requirió un electrodo adicional enterrado en el objetivo para detectar dónde estaba el haz de electrones de barrido en relación con el filtro de franjas. Los sistemas de franjas de colores anteriores habían utilizado colores en los que el circuito de color podía separar los colores únicamente de las amplitudes relativas de las señales. Como resultado, el Trinicon presentó un rango dinámico de operación más amplio.
Posteriormente, Sony combinó el tubo Saticon con el filtro de color RGB de Trinicon, proporcionando sensibilidad con poca luz y un color superior. Este tipo de tubo se conocía como tubo SMF Trinicon , o Sáticon Mixed Field . Los tubos SMF Trinicon se utilizaron en las cámaras de consumo HVC-2800 y HVC-2500, 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 tipo vidicon, excepto el propio vidicon, pudieron utilizar una técnica de polarización de luz para mejorar la sensibilidad y el contraste. El objetivo fotosensible en estos tubos sufría la limitación de que el nivel de luz tenía que aumentar a un nivel particular 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 manera 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 un tubo de luz. La técnica no funcionaría con el tubo vidicon de referencia porque tenía la limitación de que, como el objetivo era fundamentalmente un aislante, el bajo nivel de luz constante acumulaba una carga que se manifestaría como una forma de empañamiento . Los otros tipos tenían objetivos semiconductores que no presentaban este problema.
Las primeras cámaras en color utilizaban la técnica obvia de utilizar tubos de imagen rojos, verdes y azules separados junto con un separador de color , una técnica que todavía se utiliza con las cámaras de estado sólido 3CCD en la actualidad. También fue posible construir una cámara en color que utilizara un único tubo de imagen. Ya se ha descrito una técnica (Trinicon arriba). Una técnica más común y más sencilla desde el punto de vista de la construcción del tubo fue superponer el objetivo fotosensible con un filtro de rayas de colores que tenía un patrón fino de rayas verticales de filtros verdes, cian y transparentes (es decir, verde; verde y azul; y verde, azul). y rojo) repitiéndose 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 podrían separarse 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 era casi seguro que los niveles de luz bajo los tres filtros eran diferentes, y el filtro verde no dejaba pasar más de un tercio de la luz disponible.
Existen variaciones de este esquema, siendo la principal el uso de dos filtros con franjas de colores superpuestas de modo que los colores formen formas de rombos orientadas verticalmente que se superponen al objetivo. Sin embargo, el método para extraer el 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 motores sincronizados en el tubo de imagen de la cámara y en el receptor de televisión. Cada disco constaba de filtros de colores transparentes rojo, azul y verde. En la cámara, el disco estaba en el camino óptico y en el receptor, frente al CRT. La rotación del disco se sincronizó con el escaneo vertical de modo que cada escaneo vertical en secuencia fuera para un color primario diferente. Este método permitió que los tubos de imágenes en blanco y negro y los CRT normales generaran y mostraran imágenes en color. Un sistema secuencial de campo desarrollado por Peter Goldmark para CBS se demostró a la prensa el 4 de septiembre de 1940, [157] [158] [159] y se mostró por primera vez al público en 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 Estados Unidos 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 inmediatamente corroborado 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 televisores CRT 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 receptor de TV CRT . 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) en la pantalla.
La óptica electrónica de los tubos de las cámaras difiere considerablemente. Los electrones dentro de estas largas bobinas de enfoque toman trayectorias 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 parten de un punto, los electrones se enfocarán nuevamente en un punto a una distancia determinada por la intensidad del campo. Enfocar un tubo con este tipo de bobina es simplemente cuestión de recortar la corriente de la bobina. En efecto, los electrones viajan a lo largo de las líneas de fuerza, aunque en forma helicoidal, en detalle.
Estas bobinas de enfoque son esencialmente tan largas como los propios tubos y rodean el yugo de desviación (bobinas). Los campos de deflexión doblan las líneas de fuerza (con un desenfoque insignificante) y los electrones siguen las líneas de fuerza.
En un CRT convencional desviado magnéticamente, como en un receptor de televisión o un monitor de computadora, básicamente las bobinas de desviación vertical son 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 desviación se extienden a cierta distancia más allá del cuello del tubo y se encuentran cerca del ensanchamiento de la bombilla; tienen una apariencia verdaderamente distintiva).
En un tubo de cámara enfocado magnéticamente (hay vidicones enfocados electrostáticamente), las bobinas de desviación vertical están por encima y por debajo del tubo, en lugar de estar a ambos lados del mismo. Se podría decir que este tipo de desviación comienza a crear curvas en 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 aproximadamente 16 mm.
Aunque el tubo de la cámara de vídeo ya es tecnológicamente obsoleto , el tamaño de los sensores de imagen de estado sólido todavía se expresa como el tamaño equivalente del tubo de una cámara. Para ello se acuñó un nuevo término y se le conoce como formato óptico . El formato óptico es aproximadamente la verdadera diagonal 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 pulg. × 0,19 pulg.) tiene una diagonal de 8,0 mm (0,31 pulg.) y, por lo tanto, un formato óptico de 8,0 × 3 ⁄ 2 = 12 mm (0,47 pulg.), que se redondea a la conveniente fracción imperial de 1 ⁄ 2 pulgada (13 mm). El parámetro también es la fuente de los "Cuatro Tercios" en el sistema Four Thirds y su extensión Micro Four Thirds : el área de imagen del sensor en estas cámaras es aproximadamente la de una cámara de video de 4 ⁄ 3 pulgadas (3,4 cm). tubo 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 habría usado con (digamos) un tubo de cámara de 4 ⁄ 3 pulgadas brindará 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 vida útil de la tecnología de los videotubos llegó hasta los años 90, cuando se utilizaron videotubos de alta definición de 1035 líneas en los primeros sistemas 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 homólogos de tubo. Estos incluyen la falta de retraso en la imagen, una alta calidad general de la imagen, una 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 necesarias para el haz de electrones y el filamento calentador , la eliminación del circuito de accionamiento para las bobinas de enfoque, la ausencia de tiempo de calentamiento y un consumo total de energía significativamente menor. A pesar de estas ventajas, la aceptación e incorporación de sensores de estado sólido en cámaras de televisión y vídeo no fue inmediata. Los primeros sensores tenían menor resolución y rendimiento que los tubos de imagen, y al principio quedaron relegados a equipos de grabación de vídeo de consumo. [167]
Además, los tubos de vídeo habían progresado hasta alcanzar un alto nivel de calidad y eran equipos estándar para las cadenas y entidades de producción. Esas entidades realizaron una inversión sustancial no sólo en cámaras de tubo, sino también en el equipo auxiliar necesario para procesar correctamente el vídeo derivado de tubo. Un cambio a sensores de imagen de estado sólido dejó obsoletos gran parte de ese equipo (y las inversiones detrás de él) y requirió equipos nuevos optimizados para funcionar bien con sensores de estado sólido, de la misma manera que el equipo antiguo se optimizó para video de tubo.