IKONOSKOP

Ikonoskop był obok dysektora obrazu jednym z pierwszych w pełni elektronicznych przetworników obrazu. Innymi słowy, był to przetwornik, zamieniający obraz optyczny na sygnał elektryczny bez użycia ruchomych elementów mechanicznych. W odróżnieniu jednak od dysektora był to przetwornik z tzw. akumulacją ładunku, a więc o większej względem dysektora czułości.
Ikonoskop, wynaleziony przez Władimira Zworykina na przełomie lat 20. i 30. XX wieku, był prawdziwym "okiem elektronicznym".
Jego schemat pokazuje poniższy rysunek.
Główną częścią ikonoskopu jest fotomozaika (na rysunku zaznaczona literą M)- jest to płytka mikowa, pokryta ziarenkami srebra, na których znajduje się warstewka cezu. Cez- jak wiadomo- ma małą pracę wyjścia, co oznacza, że bombardowany fotonami- kwantami światła łatwo emituje elektrony. Podłoże srebrowe zmniejsza jeszcze pracę wyjścia, co odpowiada zwiększeniu czułości. Każde ziarenko srebra, pokryte cezem stanowi jakby miniaturową fotokomórkę. Jeśli na fotomozaikę rzutowany jest obraz sceny, to z miejsc ciemnych elektronów wypada mało, zaś z miejsc jasnych - dużo. Ziarenka ładują się więc dodatnio i to tym bardziej, im jaśniejszy jest element obrazu. Na płytce tej tworzy się więc utajony obraz ładunkowy.
Aby z obrazu tego uzyskać sygnał elektryczny, odpowiadający obrazowi płytkę trzeba wybierać strumieniem elektronów. Strumień ten pochodził z działa elektronowego, ustawionego pod kątem względem mozaiki. Strumień odchylany był przy pomocy cewek odchylania pionowego i poziomego i omiatał analizowaną mozaikę, kreśląc w standardzie polskim 625 linii w ciągu 1/25 sekundy na powierzchni płytki.
Jeśli strumień padł na dodatnio naładowane ziarenko (a raczej ze względu na znaczną średnicę wiązki- na grupę kilkudziesięciu...stu ziarenek) to wówczas dodatni ładunek był neutralizowany dostarczanymi z wyrzutni elektronami. Na przeciwnej stronie płytki- zwanej płytką sygnałową (na rysunku SP)- pojawiał się odpowiadający temu ładunkowi skok napięcia, będący elektryczną informacją o tym, że analizowany element obrazu był jasny.
Odwrotnie- ciemny element obrazu nie był silnie naładowany dodatnio, a więc niewiele elektronów było potrzebne do uzupełnienia ładunku. Skok napięcia był więc też niewielki. Dane ziarenko było analizowane co 1/25 sekundy- tyle bowiem czasu było potrzebne, aby strumień elektronów znów je "odwiedził". W czasie tym ziarenko więc się ładowało- trwała akumulacja ładunku.
Płytka sygnałowa była wykonana poprzez napylenie na odwrotną stronę płytki mikowej fotomozaiki metalicznej warstwy, np. srebra lub aluminium. Napylenie to wykonywano już po nałożeniu ziarenek srebra na fotomozaikę, ale jeszcze przed uczulaniem cezem. Mozaika i wyrzutnia elektronowa znajdowała się w specjalnej bańce szklanej, o charakterystycznym kształcie. Ze względu na ten kształt konstrukcja lampy była dość skomplikowana, podobnie zresztą jak wykonanie mozaiki.Mozaikę wykonywano w ten sposób, że płytkę mikową pokrywano zawiesiną węglanu srebra np. w lepiku nitrocelulozowym. Po podgrzaniu w piecu lepik i węglan srebra rozkładał się, a płytka pokryta zostawała maleńkimi kropelkami srebra.
Elektrodę sygnałową z drugiej strony płytki uzyskiwano dzięki napyleniu próżniowemu na jej powierzchnię np. srebra lub aluminium. Pokrywanie cezem mozaiki, a więc jej uczulanie wykonywało się już pod próżnią, podczas pompowania lampy, po wstępnym formowaniu katody wyrzutni i odgazowaniu lampy (po jej wygrzewaniu pod próżnią). Wówczas ze specjalnie przytopionej ampułki dozowano cez. Dozowanie zachodziło dzięki podgrzewaniu indukcyjnemu mieszaniny chromianu cezu i metalicznego magnezu w małej rurce niklowej. Powstający cez odparowywał i poprzez podgrzewanie balonu lampy ciepłym powietrzem cez ten można było "przepędzać" do wnętrza ikonoskopu. Jeśli cezu było za dużo, ziarenka mozaiki były źle izolowane, co skutkowało spadkiem rozdzielczości lampy. Jeśli cezu było za mało, czułość lampy znacznie malała. W dobrze wykonanych lampach, przy prądzie strumienia rzędu 0,1 mikroampera prąd sygnału dochodził do 0,08 mikroampera.
Czerni odpowiadał dodatni kierunek napięcia wyjściowego. Natężenie oświetlenia elementów mozaiki, potrzebne do uzykania bieli wynosić może do 100 luksów. Wskutek tego natężenie analizowanej sceny dochodzić musiało do 10000 luksów. Stosowano jasne obiektywy, o długich ogniskowych, przynajmniej 15 cm. Zmuszała do tego konstrukcja lampy- mozaika znajdowała się daleko od bańki lampy.
Skośne umieszczenie wyrzutni skutkowało tym, że kąt padania wiązki był różny dla dolnego i górnego położenia strumienia. Dodatkowo, skupianie strumienia pogarszało się na brzegach fotomozaiki. Pierwsze skutkowało zniekształceniami trapezowymi, drugie zaś utratą rozdzielczości na brzegach obrazu. Zachodziło jeszcze trzecie niekorzystne zjawisko: W ikonoskopie analiza elementów obrazu odbywała się strumieniem szybkim elektronów (1000...1500V). Elektrony te, trafiając na elementy mozaiki, prócz uzupełniania ładunku powodowały także wybijanie elektronów wtórnych. Elektrony te, niczym deszcz padały na sąsiednie elementy fotomozaiki rozładowując je. Tworzyły się sygnały fałszywe- ciemne plamy. Wszystkie wyżej wymienione niekorzystne zjawiska wymagały kompensacji, co komplikowało układ elektroniczny kamery. Plamy kompensowano, wprowadzając dodatkowe oświetlenie mozaiki oraz układami retuszu elektronicznego. Dodatkowo, w lampie znajdowała się elektroda, zwana kolektorem (na rysunku C), którego zadaniem było "wyłapywanie" wybitych elektronów. Elektroda ta wykonywana była z grafitu lub metalu naniesionego na wewnętrzną powierzchnię części bańki ikonoskopu. Skupienie wiązki we wszystkich punktach mozaiki uzyskiwano stosujac skupianie dynamiczne- zależne od aktualnego położenia wiązki. Ze względu na małą czułość, ikonoskop dość szybko stracił na znaczeniu w kamerach studyjnych, ale bywał stosowany do analizy przezroczy i filmów jeszcze do początku lat 60. XX wieku. Decydowała o tym znaczna rozdzielczość, dochodząca do 1000 linii. Tak dużą rozdzielczość ikonoskop zawdzięczał dużym wymiarom płytki sygnałowej- płytka miała długość do kilkunastu centymetrów (typowo 9x12 cm).

Ze względu na mały prąd sygnału z ikonoskopu, starano się pracować ze stosunkowo dużym opornikiem obciążenia płytki sygnałowej. Zwiększanie jednak jego wartości okupione było jednak wzrostem szumów. O szumach decydowała przede wszystkim wartość opornika obciążenia oraz szumy pierwszej lampy przedwzmacniacza. Dlatego, aby szumy te zmniejszyć stosowano niekiedy w pierwszym stopniu wzmacniacza układ kaskody. Schemat zastępczy ikonoskopu oraz układ kaskody pokazuje poniższy rysunek.
Zazwyczaj sygnał z ikonoskopu wzmacniano za pomocą kilkustopniowego przedwzmacniacza. Dzięki temu sygnał z kamery można było za pomocą kabla dostarczać do stołu reżysera. Z uwagi na pojemność własną i montażu ikonoskopu sygnały o dużych częstotliwościach ulegały pewnemu stłumieniu (oznaczało to utratę szczegółów obrazu). To niekorzystne zjawisko starano się kompensować, odpowiednio dobierając charakterystykę częstotliwościową przedwzmacniacza. Stosowano na przykład w tym celu specjalne cewki bifilarne.
Schemat przykładowego przedwzmacniacza pokazuje następny rysunek.
W Polsce kamery ikonoskopowe były zastosowane w kamerach Doświadczalnego Ośrodka Telewizyjnego, które zostały zbudowane przez Przemysłowy Instytut Telekomunikacji. Ich dziwaczny kształt, dostosowany do kształtu ikonoskopu był bardzo charakterystyczny. Pani Wanda Trzebunia- Siwicka, którą spotkałem kilka lat temu na konferencji, poświęconej prof. Januszowi Groszkowskiemu obsługiwała takie kamery. Wspominała, że przynajmniej jeden ikonoskop został po kryjomu przemycony z Anglii. Wspominała też żar, jaki towarzyszył oświetleniu sceny. Wymagane natężenia oświetlenia, potrzebne dla dobrego odtwarzania nadawanej sceny były bowiem rzędu 10000 luksów.
Kamera ikonoskopowa konstrukcji PIT znajduje się w Muzeum Telewizji w Warszawie przy ul.Jana Pawła Woronicza. Jest to eksponat, który naprawdę warto zobaczyć.

 

Powrót do strony głównej