Disco de Nipkow

Un disco de Nipkow (a veces anglicizado como disco de Nipkov; patentado en 1884), también conocido como disco de escaneo , es un dispositivo mecánico, giratorio y de funcionamiento geométrico para el escaneo de imágenes , patentado por Paul Gottlieb Nipkow en Berlín . ^{[ 1 ]} Este disco de escaneo fue un componente fundamental en la televisión mecánica y, por lo tanto, en los primeros televisores , durante las décadas de 1920 y 1930. ^{[ 2 ]}

El dispositivo consiste en un disco giratorio mecánico de cualquier material adecuado (metal, plástico, cartón, etc.), con una serie de orificios circulares de igual diámetro y equidistantes . Los orificios también pueden ser cuadrados para mayor precisión. Estos orificios están dispuestos formando una espiral de una sola vuelta que parte de un punto radial externo del disco y se extiende hasta su centro. Al girar el disco, los orificios dibujan patrones de anillos circulares, cuyo diámetro interior y exterior depende de la posición de cada orificio en el disco y cuyo grosor es igual a su diámetro. Los patrones pueden superponerse parcialmente o no, según la construcción exacta del disco. Una lente proyecta una imagen de la escena directamente sobre el disco. ^{[ 3 ]} Cada orificio de la espiral toma una "sección" de la imagen, que un sensor capta como un patrón temporal de luz y oscuridad. Si el sensor controla una luz situada detrás de un segundo disco de Nipkow que gira sincrónicamente a la misma velocidad y en la misma dirección, la imagen se reproducirá línea por línea. El tamaño de la imagen reproducida viene determinado, una vez más, por el tamaño del disco; un disco más grande produce una imagen más grande.

Al girar el disco mientras se observa un objeto "a través" de él, preferiblemente a través de un sector circular relativamente pequeño (el campo de visión ), por ejemplo, un cuarto o un octavo angular del disco, el objeto parece "escaneado" línea por línea, primero por longitud o altura, o incluso en diagonal, según el sector exacto elegido para la observación. Al girar el disco lo suficientemente rápido, el objeto parece completo y es posible capturar el movimiento . Esto se puede comprender intuitivamente cubriendo todo el disco excepto una pequeña área rectangular con cartón negro (que permanece fijo), girando el disco y observando un objeto a través de esa pequeña área.

Una de las ventajas de usar un disco de Nipkow es que el sensor de imagen (es decir, el dispositivo que convierte la luz en señales eléctricas) puede ser tan simple como una sola fotocélula o fotodiodo , ya que en cada instante solo se ve un área muy pequeña a través del disco (y la ventana de visualización), por lo que la descomposición de una imagen en líneas se realiza casi automáticamente con poca necesidad de sincronización de líneas de exploración y una resolución de línea de exploración muy alta . Se puede construir un dispositivo de adquisición simple utilizando un motor eléctrico que acciona un disco de Nipkow, una pequeña caja que contiene un solo elemento fotosensible (eléctrico) y un dispositivo de enfoque de imagen convencional (lente, caja oscura , etc.).

Otra ventaja es que el dispositivo receptor es muy similar al dispositivo de adquisición, con la única diferencia de que el sensor de luz se sustituye por una fuente de luz variable, controlada por la señal del dispositivo de adquisición. También es necesario idear algún método para sincronizar los discos de ambos dispositivos (existen varias opciones, desde control manual hasta señales electrónicas).

Estos hechos contribuyeron enormemente a la construcción del primer televisor mecánico, obra del inventor escocés John Logie Baird , así como a la creación de las primeras comunidades de "entusiastas de la televisión" e incluso a las emisiones experimentales de radio con imágenes en la década de 1920.

La resolución a lo largo de la línea de exploración de un disco Nipkow es potencialmente muy alta, al tratarse de una exploración analógica. Sin embargo, el número máximo de líneas de exploración es mucho más limitado, siendo igual al número de perforaciones del disco, que en la práctica oscilaba entre 30 y 100, aunque se probaron discos de 200 perforaciones, algo poco común.

Otro inconveniente del disco de Nipkow como dispositivo de escaneo de imágenes es que las líneas de escaneo no son rectas, sino curvas . Por lo tanto, el disco de Nipkow ideal debería tener un diámetro muy grande, lo que implica una curvatura menor , o una abertura angular muy estrecha en su ventana de visualización. Otra forma de obtener imágenes aceptables sería perforar orificios más pequeños (de milímetros o incluso micrómetros ) más cerca de los sectores exteriores del disco, pero la evolución tecnológica favoreció los medios electrónicos de adquisición de imágenes.

Otra desventaja importante radicaba en la reproducción de imágenes en el extremo receptor de la transmisión, que también se realizaba con un disco de Nipkow. Las imágenes solían ser muy pequeñas, del tamaño de la superficie utilizada para el escaneo, que, con las implementaciones prácticas de la televisión mecánica , era del tamaño de un sello postal en el caso de un  disco de 30 a 50 cm de diámetro.

Otras desventajas incluyen la geometría no lineal de las imágenes escaneadas y el tamaño poco práctico del disco, al menos en el pasado. Los discos de Nipkow utilizados en los primeros receptores de televisión tenían un diámetro aproximado de 30  a 50  cm, con entre 30 y 50 orificios. Los dispositivos que los utilizaban también eran ruidosos y pesados, con una calidad de imagen muy baja y mucho parpadeo. La parte de adquisición del sistema no era mucho mejor, ya que requería una iluminación muy potente del sujeto.

Los escáneres de disco comparten una limitación importante con el disector de imágenes de Farnsworth . La luz se transmite al sistema de detección a medida que la pequeña apertura escanea todo el campo de visión. La cantidad real de luz captada es instantánea, ya que se produce a través de una apertura muy pequeña, y el rendimiento neto es solo un porcentaje microscópico de la energía incidente.

Los iconoscopios (y sus sucesores) acumulan energía continuamente sobre el objetivo, integrándola así a lo largo del tiempo. El sistema de escaneo simplemente "captura" la carga acumulada al pasar por cada punto del objetivo. Cálculos sencillos demuestran que, para receptores fotosensibles de igual sensibilidad, el iconoscopio es cientos o miles de veces más sensible que el escáner de disco o el de Farnsworth.

El disco de escaneo puede sustituirse por un espejo poligonal, pero este presenta el mismo problema : la falta de integración con el paso del tiempo.

Aparte del televisor mecánico mencionado anteriormente, que no se popularizó por las razones prácticas ya mencionadas, un disco de Nipkow se utiliza en un tipo de microscopio confocal , un potente microscopio óptico .

• Artículo introductorio sobre microscopía de disco giratorio.
• La biografía de Paul Nipkow incluye una descripción y un dibujo del disco de Nipkow.
• La invención de la televisión: los primeros pioneros. Archivado el 2 de agosto de 2017 en Wayback Machine.
• Disco de Nipkov : instrucciones para crear un disco de Nipkov de cartón para experimentación.
• Laboratorio interactivo de discos Nipkow : construye tu propio televisor mecánico virtual con este simulador basado en la web.