Иконоскоп принцип работы кратко

Обновлено: 06.07.2024

Говоря о телевидении, мы реже всего вспоминаем о передающей стороне. Точнее о тех вещах благодаря которым мы и имеем возможность смотреть это самое ТВ! О передающих трубках, преобразующих картинку в электрические сигналы. Да, сейчас новые, беструбочные технологии, но? Но это же наша история, наша жизнь, то с чего всё и начиналось!

Наверняка Вы видели телевизионные студийные камеры, хотя бы по телевидению или на фото? Основу их представляет (представляла) передающая электронно-лучевая трубка. Вот только в разное время устроены они были по-разному. Не вдаваясь особо в подробности я Вас познакомлю с некоторыми из них.

Для начала о фотопреобразователях, как основе всех трубок. Это фотокатоды преобразующие световую энергию в электрическую. На рис1 Вы видите так называемое фотосопротивление. Это слой полупроводника с контактами. При освещение устройство меняет своё сопротивление электрическому току и стало быть на нагрузке R напряжение будет в точности повторять изменение освещённости рис8а. Но более всего в историю вошли фотоэлементы рис5 схема, а на рис8b один из вариантов (исполнения) фотоэлемент. Устройство весьма простое. Колбочка наполненная газом гелием. На одной внутренней стороне колбочки нанесён тонкий слой серебра, а поверх него ещё слой щелочного металла цезия, заканчивающегося контактным выводом. Отсюда и название ЦГ-3. Цезий плюс гелий ровняется любовь с тремя неизвестными? Шутка. Это фотокатод с так называемым внешним эффектом. При его освещении под действием фотонов фотокатод эмитирует (испускает) электроны. Прямо напротив находится металлический анод. Анод притягивает электроны и в цепи возникает ток. А на нагрузке R падение напряжения пропорциональное величине потока фотонов.

Чтобы увеличить чувствительность системы применяют так называемый умножитель рис7. Принцип работы его прост. Свет падает на фотокатод ФК аналогичный катоду фотоэлемента рис5. Имитированные фотоэлектроны устремляются к ДИНОДУ Д1. Так-как он находится под большим потенциалом то электроны приобретают большую энергию и при соударении с динодом выбивают из него ещё большее количество электронов. А далее Д1 отфутболивает их к Д2. Из него выбивается ещё больше электронов и те уже направляются прямёхонько к аноду А. Далее также как и в схеме с фотоэлементом. Только вот величина тока и соответственно напряжения на R значительно больше чем в обычном фотоэлементе! Происходит так называемое умножение фототока!

Первоначально именно с внешним фотоэффектом и было связано изобретение передающей трубки, — ИКОНОСКОПА рис4. Внешне похожего на ковшик?! Но это не ковшик, а точнее всё-таки колба с вакуумом внутри. На рис6а показана суть внешнего фотоэффекта (как бы отражения электронов). Существует и другой тип фотоэффекта, внутренний рис6b. Свет падает слева-направо, а поток электронов излучается вправо по стрелочке. В более поздних типах трубок именно такой вид и применялся при их конструировании. Но возвратимся к иконоскопу и не только, что он первый, допотопный, но и более подходящий для понимания.

Электронный луч не просто так направляется на фотокатод, а под руководством развёртывающей системы по аналогии с кинескопом в телевизоре. Стало быть луч обходит поверхность как и положено с верхнего левого угла слева-направо, по строкам и кадрам. Также и мозаика нейтрализуется постепенно, строка за строкой. А с нагрузки снимается так называемый видеосигнал. Всё изображение растягивается в поток электрических сигналов. На приёмной стороне всё происходит в обратном порядке, изображение собирают. Вот такой процесс! Остаётся только отметить, что апертура (площадь пятна электронного луча) покрывает значительно большее количество зёрен мозаики чем на рис9 справа. Ну, как и в фотографии.

Жил-был в Нидерландах дядька Хендрик Антон Лоренц (1853-1928гг.). Дядька как дядька ничего особенного? Вот только родился он сразу же физиком и тут же умудрился открыть нечистую силу! Которую потом и назвали его именем, силой Лоренца! Что это за сила такая? О! Это хитрая сила, воздействующая на заряженные частицы (электроны). Ну это когда они (частицы-электроны) запрутся в магнитное поле. После чего и начинает действовать эта сила. И как только, так сразу частица начинает выписывать кренделя, мотаться по кругу. Это если вектор скорости частицы перпендикулярен силовым линиям магнитного поля, будь оно неладно! А если нет? Ну, тогда она (частица) начинает двигаться по винтовой линии (спирали). Именно в таком виде влетают электроны испускаемые точкой эмиссии катода и неважно какого. Из физики Вы знаете (может быть?) что одноимённые заряды отталкиваются полями друг от друга. А посему электроны вместо движения друг с другом по прямой, разлетаются веером врассыпную. А это значит, что под углом к силовой линии магнитного поля. Стало быть движутся из-за Лоренца по спирали. Придумал же этот нидерландец?!

А теперь самое интересное! Если траектория электрона совпадает с направлением силовых линий магнитного поля, то он ничего не почувствует. А вот те, что попытаются сбежать на сторону будут захвачены силой Лоренца и начнут движение по спирали. Причём период вращения Т останется для всех беглецов один и тот же! И через этот самый период все они (электроны) соберутся в одной точке. А ещё через период опять соберутся вместе, но уже на другом расстояние и так далее рис2. А, магнит где? Да вон он! Это катушка цилиндрическая, показана в разрезе полоски жёлто-коричневого цвета. Правда нужно уточнить, что такая красивая картина будет только в случае движения электронов в ускоряющем электрическом поле. Отсюда и сосиски имеют разную длину (шаг h). При этом в плоскостях где электроны собираются вместе можно построить изображение (потенциальный рельеф). Всё это и будет называться переносом изображения из оптического в электрическое. Если конечно потоки электронов будут соответствовать изображению. И ещё (что немаловажно!) электрическое поле не только ведь захватывает неуправляемые (какие мерзавцы?!) электроны, но и разгоняет их до сумасшедших скоростей. Отчего эффект от соударения их с мишенью получается впечатлительным! Мало того, мы как бы можем ещё и управлять «электрическим изображением«.

На рис6d схема передающей трубки, так называемого мгновенного действия, и с хитрым названием, — ДИССЕКТОР. В ней собрались все рассмотренные нами элементы. Изображение чёрного треугольника проецируется объективом на фотокатод с внутренним фотоэффектом. Это значит, что с каждой точки катода (с внутренней стороны) будут испускаться электроны (в соответствии с освещённостью). Прямо против катода расположен анод (АН) в виде плоской пластины и положительным, естественно потенциалом, отчего электроны устремятся к этому аноду. Так-как почти вся конструкция находится в длинной цилиндрической катушке (коричневого цвета) , то непослушные электроны вращаясь по спирали соберутся прямёхонько на плоскости этого анода. Неважно через сколько периодов Т?! Короткие катушки (зелёного цвета) отклоняющие и могут отклонять все потоки электронов ОДНОВРЕМЕННО!

Мишень построенная на принципе проводимости Вы видите на рис6с. Она не излучает фотоэлектроны, а только создаёт рельеф проводимости. Как реально она устроена? На стеклянную пластину (голубого цвета) наносится полупрозрачный металлический слой. Так называемую сигнальную пластину. А сверху слой фотопроводящего вещества толщиной в несколько микрон. Такими веществами являются: аморфный селен, сульфиды и селениды цинка и кадмия, окиси цинка и свинца. Кроме того могут быть слои из таких веществ. Проводимость шунтирует локальные ёмкости и влияет на их заряд/разряд. При считывании электронным лучом происходит восстановление первоначального состояния и как итог возникает напряжение видеосигнала. Все мишени практически используют принцип накопления основанный на разнице времени освещения мишени всего кадра и времени рабочего момента во время считывания одного элемента. Отчего эффективность системы увеличивается. В свою очередь передающие трубки делятся на использующие метод накопления энергии и мгновенного действия (не использующие). К последней относится ДИССЕКТОР и система механического телевидения с диском Нипкова. У диссектора нет ничего, что как-то влияло на состояние мишени! А все остальные (те о которых мы говорили.) используют накопление энергии.

И последнее. Это поверхностное знакомство с наиболее часто применяемые типами передающих трубок. На рис4 знакомый уже иконоскоп. На рис11 — видикон. А вот на рис10 СУПЕРОРТИКОН, самый чувствительный из всех типов трубок. Когда в 70-х я начал работать на заводе в лаборатории ведущих конструкторов, то? То обратил внимание на то, что на каждом столе, каждой группы лежат (валяются) чёрные квадраты из стекла. Ну для того чтобы исправлять (добавлять) в документы, оригиналы в виде калек.

С помощью бритвенных лезвий счищается тексты, чертежи выполненные тушью. Кто занимался таким, могут подтвердить. Но почему чёрное стекло? Наконец-то (хотя и нехотя) меня просветили! Когда я посмотрел через такое стекло на солнце, то не зная где оно находится, не скоро бы его нашёл! И вот почти каждый день, как обычно в лаборатории работали всякие мониторы и картинки на них с камер. Но в этот раз только один монитор работал и картинка на экране. Так ничего особого, камера днём показывала нашу лабораторию. Всё бы ничего, если бы не сама камера, а точнее через чего она показывала помещение? Через целую пачку (5-6 шт.) этих чёрных стёкол. И когда я узнал про подводную лодку прошедшую подо льдами к северному полюсу я уже не удивился, вспоминая картинку на мониторе и камеру с пачкой чёрных стёкол-фильтров.

Вернёмся к устройству этого супер-пупера. Там много чего наворочено, но? Но там чёткое разграничение: секция переноса, секция коммутации и секция умножения. Последняя находится в конце трубки и мною обозначена красной окружностью. Утолщённая часть, почти вся секция переноса. И остальное, стало быть, секция коммутации. Здесь трубка девственно голенькая, без фокусирующей катушки и отклоняющих. Ниже изображения пределы размеров разных модификаций.

Ну и под занавес два слова о трубке, — МОНОСКОП. Моно, значит что-то одно?! Да, это одно изображение чего-нибудь, скажем испытательной таблицы. Она рисуется на мишени и считывается быстрыми электронами! Вот пожалуй и всё! После прочтения забудьте всё это как дурной сон!

Иконоскоп состоит из вакуумной стеклянной колбы, в которой укреплена светочувствительная мишень, на которую объективом проецируется изображение; приваренной к колбе под углом электронно-лучевой пушки, размещённой сбоку или снизу от объектива, и систем, отклоняющих и фокусирующих электронный луч.
Светочувствительная мишень состоит из очень тонкой пластины изолятора (обычно, слюды) и нанесённых с обеих сторон покрытий. Со светочувствительной стороны покрытие состоит из очень мелких (десятки микрон) иррегулярных серебряных капель, покрытых цезием для увеличения светочувствительности, с другой — сплошное тонкое серебряное покрытие, с которого и снимается выходной сигнал.
При освещении мишени под действием фотоэффекта капельки серебра приобретают положительный заряд, пропорциональный освещённости. Выбитые из мишени электроны оседают на втором аноде электронно-лучевой пушки. Затем, при сканировании мишени электронным лучом, происходит заряд всех капелек до одного потенциала, не зависящего от освещённости. При этом капелька является одной обкладкой конденсатора, второй обкладкой которого является сплошной серебряный слой на обратной стороне мишени. Таким образом, перезарядка этого конденсатора электронным лучом порождает ток, величина которого зависит от заряда, обусловленного фотоэффектом, для тех капелек, которые в данный момент сканируются. Время накопления заряда между проходами электронного луча примерно в полмиллиона раз превышает время считывания.
Иконоскоп был прибором, который впервые позволил реализовать чисто электронное телевидение, без механических развёртывающих элементов. Он позволил в сотни раз (с 30х40 до 300х400, а позднее и 1000х1000 элементов) увеличить количество элементов в телевизионном изображении.

Иконоскоп — первая электронная передающая телевизионная трубка, изобретена и запатентована В. К. Зворыкиным, работавшим в это время на фирме Radio Corporation of America (RCA). В основе работы иконоскопа лежат явления внешнего фотоэффекта и накопление зарядов.

Советские источники приписывают изобретение иконоскопа С. И. Катаеву, который подал заявку на полтора месяца раньше Зворыкина; [1]

В действительности, первые работающие экспериментальные образцы иконоскопов были созданы Зворыкиным ещё до 1930 года, а первые опыты по электронному получению и передаче изображений происходили ещё в 1911 году под руководством Б. Л. Розинга в Санкт-Петербурге.

Содержание

Устройство

Светочувствительная мишень состоит из очень тонкой пластины изолятора (обычно, слюды) и нанесённых с обеих сторон покрытий. Со светочувствительной стороны покрытие состоит из очень мелких (десятки микрон) иррегулярных серебряных капель, покрытых цезием для увеличения светочувствительности, с другой — сплошное тонкое серебряное покрытие, с которого и снимается выходной сигнал.

При освещении мишени под действием фотоэффекта капельки серебра приобретают положительный заряд, пропорциональный освещённости. Выбитые из мишени электроны оседают на втором аноде электронно-лучевой пушки. Затем, при сканировании мишени электронным лучом, происходит заряд всех капелек до одного потенциала, не зависящего от освещённости. При этом капелька является одной обкладкой конденсатора, второй обкладкой которого является сплошной серебряный слой на обратной стороне мишени. Таким образом, перезарядка этого конденсатора электронным лучом порождает ток, величина которого зависит от заряда, обусловленного фотоэффектом, для тех капелек, которые в данный момент сканируются. Время накопления заряда между проходами электронного луча примерно в полмиллиона раз превышает время считывания.

Иконоскоп был прибором, который впервые позволил реализовать чисто электронное телевидение, без механических развёртывающих элементов. Он позволил в сотни раз (с 30х40 до 300х400, а позднее и 1000х1000 элементов) увеличить количество элементов в телевизионном изображении.

Предшествующие конструкции

Строго говоря, первой передающей электронной трубкой был диссектор, изобретённый в 1926 году [источник не указан 354 дня] . В отличие от иконоскопа, в нём не использовалось накопление зарядов, поэтому чувствительность диссектора была недостаточна для съёмки реальных объектов — лишь для передачи кинофильмов или сканирования документов. Впрочем, иконоскоп и тут превосходил диссектор.

Недостатки иконоскопа

Значение

Несмотря на недостатки, изобретение иконоскопа и внедрение его в практику телевидения было настоящей революцией, позволившей телевидению из чисто экспериментального направления стать продуктом массового потребления. Однако, со временем, иконоскопы были вытеснены более совершенными трубками, вначале также на внешнем фотоэффекте (суперортикон), а затем и на внутреннем (видикон и др.). Лишь в 90-е годы XX века вакуумные передающие трубки были вытеснены твердотельными устройствами с зарядовой связью (CCD — charge coupled devices, русский термин ПЗС), которые повсеместно применяются сейчас для получения изображений.

Чтобы посмотреть телепередачу, одного кинескопа мало, нужны еще телевизор - устройство достаточно сложное и телецентр, из которого ведутся передачи. Вы, разумеется, видели, что операторы в студии пользуются телекамерами устройствами для преобразования изображения в видеосигнал. Основу телекамеры составляет передающая телевизионная трубка. Исторически первыми были иконоскопы. Термины "кинескоп" и "иконоскоп" предложил В. Зворыкин, один из первых изобретателей электронного телевидения. Они образованы от греческих слов "движение", "изображение" и "смотрю". Преобразователем изображения в электрический сигнал в иконоскопе служит мозаика фоточувствительных глобул серебра, нанесенных на слюдяную пластинку и изолированных друг от друга. Обратная сторона пластины металлизирована. На мозаику с помощью объектива фокусируется изображение. Там, где освещенность велика, кванты света выбивают из атомов серебра электроны (происходит фотоэлектрический эффект), и это место мозаики приобретает положительный заряд. Там же, где освещенность мала, фотоэффект слаб и заряд тоже невелик. За время передачи кадра заряд накапливается в элементарных конденсаторах, одна обкладка которых образована глобулой серебра, а другая, общая, металлизированной подложкой слюдяной пластины. Таким образом, распределение заряда на поверхности мозаичной пластины в точности соответствует оптическому изображению. Теперь заряд надо "считать". Делает это электронный луч. Электронная пушка, содержащая катод, ускоряющий и фокусирующий электроды, формирует электронный луч, а отклоняющие катушки развертывают его по строкам и кадрам. Пробегая по мозаике, электронный луч замыкает цепь "мозаика вход видеоусилителя", и заряд элементарного конденсатора стекает через высокое (несколько мегаом) сопротивление нагрузки, создавая на нем напряжение видеосигнала. Электронный луч в данном случае подобен коммутатору, условно показанному на рисунке в виде переключателя. Таким способом с мозаики иконоскопа и считывается видеосигнал.

Устройство иконоскопа

Принцип действия иконоскопа

Посмотрите на упрощенный эскиз конструкции суперортикона. Изображение проецируется объективом на фотокатод, нанесенный изнутри на торцевую поверхность стеклянной трубки, откачанной до глубокого вакуума. Веществом фотокатода обычно служат соединения цезия, легко испускающие электроны под действием света. За фотокатодом расположены ускоряющий электрод и мишень с размещенной перед ней мелкой металлической сеткой. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем в сторону мишени, ударяются о нее и выбивают по нескольку вторичных электронов, которые тут же собираются сеткой. Чем ярче освещенность, тем больше фотоэлектронов бомбардирует мишень, тем больше она отдает вторичных электронов и тем больший положительный заряд получает. Так электронное изображение переносится с фотокатода на мишень. Чтобы оно не потеряло четкость в этой секции суперортикона, называемой секцией переноса, используется магнитное поле длинной фокусирующей катушки, надетой на трубку. Фокусируя электронный поток, оно заставляет фотоэлектроны, вылетевшие из какого-то места фотокатода, попадать на мишень в точке, лежащей точно напротив этого места.

Итак, на мишени сформировалось распределение заряда, соответствующее исходному изображению. Мишень изготовлена из слабо проводящего электрический ток стекла, поэтому сформированный заряд передается и на противоположную сторону мишени. По ней движется (сканирует) электронный луч, считывая изображение. Для фокусировки и отклонения электронного луча служат уже упомянутая фокусирующая и отклоняющие катушки, расположенные снаружи трубки. Поле фокусирующей катушки направлено по оси трубки. Оно не изменяет осевой составляющей скорости электрона. Но если у электрона "появится желание" полететь вбок, т.е. возникнет радиальная составляющая скорости, то сила Лоренца заставит его двигаться по спирали, возвращаясь к оси трубки. Дополнительная фокусировка осуществляется электрическим полем специального электрода. Поле отклоняющих катушек направлено перпендикулярно оси трубки. Оно отклоняет электронный луч по строкам и кадрам в соответствии с током пилообразной формы, подаваемым в катушки от генераторов разверток.

Фотоэлектронный умножитель

Перед мишенью установлен тормозящий электрод, создающий электрическое поле, уменьшающее скорость электронов в луче почти до нулевой. Такой "медленный" пучок электронов не вызывает вторичной эмиссии с мишени. Отраженный от мишени электронный луч возвращается в область "электронной пушки", вокруг которой расположены секции электронного умножителя. Здесь количество электронов увеличивается примерно в 1000 раз, и повышается чувствительность суперортикона к слабым сигналам. В результате чувствительность получается такой, что можно вести внестудийные передачи без дополнительного освещения.

для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- "Фаворит К" и "Фаворит Щ", внутренняя и наружная замывка вагонов.

Читайте также: