Sensoren 2

Geschreven door Willy De Boeck.

Al vroeg in de twintigste eeuw gaat men op zoek naar een elektronisch equivalent van de Nipkowschijf. In de jaren 1920 komen de eerste werkende alternatieve oplossingen, maar het duurt tot 1936 tot de eerste "echte" beelden gemaakt worden met een volledig elektronische camera, uitgerust met een iconoscoopbuis. Die houdt stand tot na de oorlog; rond 1950 komt er "beter" op de markt. 

 

De beeldontleder van Philo T. Farnsworth

image002Philo T. Farnsworth (1906-1971)was op zijn veertiende al aan het bedenken hoe hij het mechanische Baird-systeem kon vervangen door een zuiver elektronisch ontwerp. Hij was 23 toen hij de zgn beeldontleder of dissector uitvond.   De allereerste transmissie - een eenvoudige rechte lijn - gebeurde in 1927.   Twee jaar later was hij in staat een volledig beeld op te wekken, dat van zijn vrouw.

Het hele dispositief is een elektronische nabootsing van het mechanische systeem.  De figuur hierna toont de samenstelling ervan.

De aftastopening in de elektronenvermenigvuldiger komt in feite overeen met de reeks gaatjes in de Nipkow-schijf.  Alleen staat hier het gaatje stil en beweegt het elektronische beeld.

De lens projecteert het beeld op de fotokathode, d.i. het lichtgevoelige element dat op elk punt doorimage005 foto-emissie een aantal secundaire elektronen vrijmaakt evenredig met de hoeveelheid licht op elk punt.  Die elektronen worden in een parallelle stroom gebundeld door de focusseerspoel.  Onder de invloed van het spanningsverschil tussen de kathode en de anode krijgen die secundaire elektronen een hogere snelheid en vliegen van de kathode weg.  De afbuigspoelen zorgen ervoor dat elk element van die bundel beurtelings door de ingangsopening van de elektronenvermenigvuldiger valt, uiteraard op het ritme van de lijn- en de beeldfrequentie.  Alles doet zich dus voor alsof die aftastopening achtereenvolgens elk punt van het potentiaalbeeld “ziet” van de gehele scène (zoals in de Nipkow-schijf).  Omdat de elektronenstroom aan de ingang van de vermenigvuldiger veel te zwak is om te gebruiken, wordt die stroom versterkt tot praktisch bruikbare waarden.

Het nadeel van de beeldontleder (zie de afbeelding rechts voor een practische uitvoering) is dat de secondaire elektronenstroom van elk punt statistisch erg veranderlijk is waardoor deimage007 signaal-ruisverhouding slecht is, behalve bij zeer hoge hoeveelheden invallend licht, d.w.z. als de scène sterk verlicht is. De hoeveelheid elektronen die de vermenigvuldiger opvangt wordt bepaald door de ogenblikswaarde van het belichte scènepunt.  Er is namelijk geen integratie van de actie van het licht tussen twee opeenvolgende aftastingen.  Alle secundaire elektronen tussen twee aftastingen gaan verloren.  De beeldontleder is hierdoor erg ongevoelig.  Dat euvel doet zich ook voor bij het mechanische systeem.

Door die ongevoeligheid was de beeldontleder geen lang leven beschoren.  Al op het einde van de jaren 1930 werd hij vervangen door de iconoscoop.

 

De iconoscoop van Vladimir Zworykin

image015Vladimir Zworykin (1889-1982) was een Amerikaan van Russische oorsprong en de uitvinder van de iconoscoop, die hij op de foto mijmerend vast houdt. De iconoscoop is veel gevoeliger dan de dissector van Farnsworth. In 1923 vroeg Zworykin een eerste octrooi aan. Pas 15 jaar later, en na een aantal bijsturingen werd hem dat toegekend. De iconoscoop (en zijn Britse evenknie het emitron) werd al snel algemeen gebruikt tot hij overklast werd door de orthicon (zie het volgende artikel).

De volgende tekening toont de samenstelling van de iconoscoop.

 image012

De scène wordt geprojecteerd op een lichtgevoelige plaat. Ze bestaat uit kleine elektrisch gescheiden zilverkorrels op een isolerende plaat die geactiveerd zijn om foto-emissie-eigenschappen te verkrijgen.  Tegen de achterkant van de isolerende plaat, die als diëlectricum fungeert, ligt een tweede geleidende plaat die verbonden is met de uitgang.  Elk zilverkorreltje vormt met de geleidende plaat een microcondensator.  De elektronenstraal uit het kanon tast de fotogevoelige plaat af, gestuurd door de afbuigspoelen.  Bij elke aftastpassage worden de condensatoren opgeladen.  Onder invloed van het geprojecteerde licht uit de scène komen er elektronen vrij die door de collectorring op 1000 V worden opgevangen.  Het verdwijnen van elektronen komt overeen met het ontladen van de condensatoren.  Bij de volgende passage van de elektronenstraal worden de condensatoren één voor één bijgeladen.  Die laadstroom loopt door de weerstand aan de uitgang en wekt daar het uitgangssignaal op.

In werkelijkheid is de signaalopwekking veel ingewikkelder door de grote secundaire emissie die ontstaat door de hoge snelheid (1 000 elektronvolt) waarmee de elektronen op de fotogevoelige plaat inslaan.  Die secundaire elektronen worden opgevangen door de collectorring tot de potentiaal van een bepaald punt van de fotogevoelige laag +3 V bereikt (bij aanwezigheid van licht).  Dan ontstaat een remveld dat de secundaire elektronen belet de collector te bereiken, waardoor ze “inregenen” op de nabije zilverkorrels.  Het resultaat is o.a. dat het potentiaalbeeld gedeeltelijk wordt gewist, waardoor de gevoeligheid afneemt.  Bovendien kan het potentiaalbeeld slechts worden opgebouwd als het “inregeneffect” tot een einde komt.  Daardoor kan de integratie van de scène-inhoud slechts plaatsvinden gedurende 20% van de tijd, namelijk tussen het einde van het inregeneffect en de volgende aftasting.

Volgens Zworykin is het rendement van de iconoscoop slechts 5 tot 10%.

 image017

Het belangrijkste nadeel van de iconoscoop is het ontstaan van schaduwvlekken veroorzaakt door ongelijke grenspotentialen. Die zijn te wijten aan verschillen in het afzuigveld tussen de verschillende delen van het mozaïek en de collector en tussen de delen onderling.  Die vlekken kunnen wel enigszins worden gecompenseerd d.m.v. correctiesignalen bij de verdere bewerking, maar perfect is dat nooit.  Men heeft er dan ook alles aan gedaan om deze fouten te verbeteren. Ze gaven aanleiding tot een speciale functie in de regiekamer : de shader, die deze fouten continu trachtte te verbeteren voordat de camera op uitzending ging.  De benaming leeft nu nog voort, hij/zij zorgt er nu voor dat de beelden van de verschillende camera’s “matchen” = cameracorrector.

De beeldiconoscoop

In de beeldiconoscoop is een scheiding gerealiseerd tussen de foto-emissiekathode en het aftastvlak of trefplaat.  De lichtgevoelige laag is tegen de glaswand vooraan aangebracht en heeft kleinere afmetingen dan in de “gewone” iconoscoop.  De foto-elektronen worden door de hoge anodespanning aangezogen en zijn door de focusseerspoel in een parallelle bundel gedwongen die in de nabijheid van de plaatvormige elektrode waaiervormig worden uitgespreidt onder invloed van een wijziging van het radiale magnetische veld van de focusseerspoel.  Daardoor ontstaat een foto-elektrische vergroting.  De trefplaat heeft geen lichtgevoelige eigenschappen maar wel een hoge secundaire emissiefactor.  De secundaire elektronen worden door de collectoranode opgevangen.

image019 gevoeligheid van de 

De rest van de werking is zoals bij de iconoscoop.

Het voordeel van dit type beeldopneembuis is dat de lichtgevoelige laag of fotokathode kleinere afmetingen heeft. Daardoor kan men lenzen met kleinere brandpuntafstand gebruiken en wordt waardoor de scherptediepte groter. De gevoeligheid van de beeldiconoscoop is ongeveer tienmaal groter is dank zij de gunstigere foto-emissie en het versterkingseffect door de secundaire emissie van de foto-elektronen.

 Klik hier voor het volgende artikel.

_______________________________________________________________