Sensoren 3

Geschreven door Willy De Boeck.

De iconoscoop was wel de eerste practische opneembuis, maar was verre van perfect. Al in de dertiger jaren zocht men naar manieren om de nadelen op te heffen, ondermeer door gebruik te maken van "trage elektronen". De orthicon- en later de beeldorthiconbuis waren het resultaat. Deze laatste wordt hét lichtgevoelige element in de zwartwit- en vroege kleuren-omroepcamera's.

 

De orthicon

In 1939 werden door RCA wetenschappers H. Iams en A. Rose in de “Proceedings of the IRE” (Institute of Radio Engineers) gegevens gepubliceerd over een beeldopneembuis die men eerst 'orthisconoscoop' noemde en later envoudigweg 'orthicon'. De benaming is afgeleid van het griekse orthos = recht en refereert aan de rechtlijnige transferkarakteristiek, d.w.z. dat het uitgangssignaal evenredig is met het invallende licht  De volgende figuur geeft een doorsnede van deze weinig gebruikte buis, die evenwel de basis gevormd heeft voor de nog te bespreken “beeldorthicon”.

Doorsnede van een orthicon (zicht van de bovenkant)

image001 

In deze beeldopneembuis gebeurt de lijnafbuiging elektrostatisch terwijl de verticale afbuiging elektromagnetisch plaatsvindt.  De focusseerspoel omringt de glazen buis over de gehele lengte.  De elektronenstroom uit het kanon ondergaat eerst een versnelling door de anodespanning van 100 V en komt dan terecht op de fotokathode die zich op dezelfde potentiaal bevindt als het elektronenkanon (de kathode).  Daardoor zullen de elektronen van de aftaststroom het mozaïek met een invalssnelheid bijna gelijk aan nul bereiken.  Hierdoor wordt het losslaan van secundaire elektronen vermeden en kan de integratie van het potentiaalbeeld plaatsvinden gedurende de gehele tijd tussen twee opeenvolgende aftastingen.  Dit verhoogt in sterke mate de gevoeligheid die 10 tot 20 maal groter is dan die van de iconoscoop. 

Het beeld wordt op de fotokathode geprojecteerd die foto-emissieve eigenschappen heeft.  Ze bestaat uit een speciale glassoort die geen volmaakte isolator is en die bovendien bijzonder dun is, nl 1,7.10-5 mm.  De invallende fotonen zullen een aantal foto-elektronen vrijmaken die de belichte punten op een positieve potentiaal brengen.  Die potentiaal migreert doorheen de fotokathode naar de aftastkant.  Als de aftaststroom een punt met een positieve potentiaal bereikt, wordt er een aantal elektronen op afgezet ter compensatie van het aantal verdwenen foto-elektronen.  De niet-gebruikte elektronen keren terug naar de oorsprong onder invloed van de anodespanning.

Door de elektromagnetische afbuiging doorlopen ze dezelfde weg als bij het heengaan, maar door de elektrostatische afbuiging gaan ze de tegengestelde weg op en worden ze gevat door de collector en afgevoerd.

De bijlading van elk punt van de fotokathode veroorzaakt een ogenblikslaadstroom doorheen de belastingsweerstand waarover het uitgangssignaal wordt afgenomen.

Het essentiële verschil bestaat in de lage snelheid waarmee de aftastelektronen de fotokathode bereiken en eventueel bijladen.

De grote afmetingen en bijgevolg het gewicht van het geheel mag dan geen probleem zijn voor studiocamera’s, maar wel voor draagbare camera’s.

De beeldorthicon

IMG 1redDeze buizen die door RCA werden ontwikkeld, hebben in de meeste camera’s gediend voor de volledige zwartwitperiode, vanaf 1946 tot de jaren 1970, ook vanaf de start in 1953 bij de toenmalige BRT. Foto links : een onbekende mijmert bij een beeldorthicon.

Net zoals bij de beeldiconoscoop wordt in de beeldorthicon de lichtgevoelige kathode gescheiden van de aftastelektrode.  In de onderstaande figuur is de fotokathode opgedampt tegen de glaswand.  De foto-elektronen die een functie zijn van de invallende fotonen, zullen onder de invloed van het versnellende elektrische veld (300 eV) naar de trefplaat vliegen die dezelfde eigenschappen bezit als die in de orthicon.  De inslag van de foto-elektronen veroorzaakt secundaire emissie waarvan de elektronen worden opgevangen en afgevoerd door het trefplaatrooster.  Door het magnetische langsveld, opgewekt door de focusseerspoel, lopen de foto-elektronen in een evenwijdige bundel naar de trefplaat.

image003

De positieve potentiaal die ontstaat in de trefplaat aan de fotokathodekant diffundeert naar de aftastzijde waar de aftaststraal tijdens zijn passage een aantal elektronen afzet om de positieve potentiaal teniet te doen.  De landingssnelheid van de aftastelektronen is bijna nul door de invloed van het veldrooster die de 125 eV, veroorzaakt door de anode, bijna tot nul herleidt.  De niet gebruikte elektronen keren terug in de richting van het elektronenkanon maar worden gevat door de ingang van de elektronenvermenigvuldiger.  Aan de uitgang hiervan wordt het beeldsignaal afgenomen.

Voor een onbelicht punt van de fotokathode zal de potentiaal op de trefplaat negatief zijn en zullen er geen elektronen op de trefplaat worden gedeponeerd.  De retourstroom zal dan maximaal zijn.  Voor een belicht punt zal door de secundaire emissie dat bepaalde trefplaatpunt positief worden, waardoor door de aftaststraal elektronen zullen worden afgezet zodat de retourstroom lager is.  Het opgewekte beeldsignaal zal evenredig zijn met de sterkte van de retourstraal, of anders gezegd, omgekeerd evenredig met de potentiaalverdeling van de trefplaat en dus van de hoeveelheid licht op elk punt van de fotokathode.

Het spreekt vanzelf dat de afbuiging en de focussering worden bepaald door de overeenstemmende spoelen.

De fotokathode heeft een oppervlakte die slechts 1/16 deel is van die van de iconoscoop en ¼ van die van de orthicon.  Daardoor kunnen standaardlenzen voor 35 mm-fotocamera’s worden gebruikt.  De diagonaal van de fotokathode bedraagt ongeveer 2 duim, d.i. 5 cm.  Over het algemeen wordt aangenomen dat de glazen buis een diameter heeft van anderhalve keer de beelddiagonaal.  De glazen buis waarin alles opgesloten is, heeft bijgevolg een diameter van nagenoeg 7,5 cm en een lengte van min of meer 32,5 cm.  Dat zijn niet te verwaarlozen afmetingen die zoals gezegd een nadeel zijn van dit type van beeldopnemers. Onder : een drieduimorthicon vergeleken met een plumbicon en vidicon (zie volgend artikel).

 beeldorticonvidicon

Hoewel de 3-duimbeeldorthicon een uitstekende gevoeligheid heeft die ver boven die van de orthicon of iconoscoop uitsteekt (100 tot 1000 maal hoger), vertoont ze toch een aantal nadelen wat de beeldkwaliteit aangaat.

1°  De signaal/ruisverhouding is maar juist goed genoeg;

2°  De definitie kan beter zijn;

3°  Een halo-effect bij sterke uitsturing van de buis (veel licht);

4°  De transferkarakterisitek van de 3-duim-opneembuis heeft niet de gewenste vorm.

Een aanpassing van de buis heeft voor een groot deel die euvels verholpen.

De aanpassing bestaat erin de afmetingen van de trefplaat te vergroten tot 3 duim, zodat ook de diameter van de buis, tussen de fotokathode en de trefplaat, opgelopen is tot vier en een halve duim (11,5 cm).  De fotokathode is niet gewijzigd zodat dezelfde objectieven kunnen worden gebruikt. De figuur hieronder toont de aanpassing.

 image009

 image012

Om de foto-elektronen van de fotokathode naar de trefplaat te leiden is er een bijkomende elektrode aangebracht. Met zijn conische vorm geeft die aan het elektrische veld de juiste waaiervorm.

Bij monochrome televisiecamera’s maken die omvangrijke buizen een redelijke cameragrootte mogelijk; dat is niet meer het geval voor kleurentelevisie waar er tenminste drie buizen vereist zijn.

Op de Wereldtentoonstelling in Brussel in 1958 stond er in het Russische paviljoen een dergelijke kleurencamera met drie beeldorthicons.  Het was een vrij omvangrijke camerakop die er niet erg praktisch uitzag. Maar de Amerikaanse camera's waren niet kleiner. De laatste der orthiconmohikanen was de RCA-camera TK42 die in 1964 op de markt kwam. Hij beschikte over een beeldorthicon voor het luminantiekanaal en drie vidicons voor de kleurkanalen. Gewicht : 127 kg! Voor de reclamebrochure klik hier. Er werden nul exemplaren van verkocht : Philips had zijn plumbiconcamera uitgebracht : lees hier meer daarover.

 Als afsluiter : een vervelende eigenschap van het beeldorthicon was de vorming van een zwarte halo rond overstuurde beeldpunten, bijvoorbeeld lichtbronnen of reflecties. Kijk bij het optreden van dit toen populaire groepje bijvoorbeeld naar de metalen delen van het drumstel en de glitters op de achterrond. 

 Klik hier  voor het volgende artikel.

 _______________________________________________________________________________________________