

Los tubos de vídeo son dispositivos basados en el tubo de rayos catódicos que se utilizaban en las cámaras de televisión para capturar imágenes televisivas , antes de la introducción de los sensores de imagen de dispositivo de carga acoplada (CCD) en la década de 1980. Se utilizaron varios tipos diferentes de tubos desde principios de la década de 1930 hasta bien entrada la década de 1990.
En estos tubos, un haz de electrones se escanea a través de una imagen de la escena que se va a transmitir, enfocado en un objetivo. Esto genera una corriente que depende del brillo de la imagen en el objetivo en el punto de escaneo. El tamaño del rayo incidente es minúsculo en comparación con el tamaño del objetivo, lo que permite 480–486 líneas de escaneo horizontales por imagen en el formato NTSC , 576 líneas en PAL , [ 1 ] y hasta 1035 líneas en Hi-Vision .
Tubo de rayos catódicos
Cualquier tubo de vacío que funcione mediante un haz de electrones enfocado, originalmente llamado rayo catódico , se conoce como tubo de rayos catódicos (TRC). Estos se suelen ver como dispositivos de visualización, como los que se utilizan en los televisores antiguos (es decir, no de pantalla plana ) y en las pantallas de los ordenadores. Los tubos de captación de las cámaras que se describen en este artículo también son TRC, pero no muestran ninguna imagen. [ 2 ]
Investigación temprana
En junio de 1908, la revista científica Nature publicó una carta en la que Alan Archibald Campbell-Swinton , miembro de la Royal Society ( Reino Unido ), analizaba cómo se podría lograr un sistema de televisión totalmente electrónico utilizando tubos de rayos catódicos (o tubos "Braun", en honor a su inventor, Karl Braun ) como dispositivos de imagen y visualización. [ 3 ] Señaló que "las verdaderas dificultades residen en diseñar un transmisor eficiente" y que era posible que "ningún fenómeno fotoeléctrico conocido actualmente proporcione lo que se requiere". [ 3 ] El profesor alemán Max Dieckmann demostró con éxito un tubo de rayos catódicos como dispositivo de visualización en 1906; sus resultados experimentales fueron publicados por la revista Scientific American en 1909. [ 4 ] Campbell-Swinton amplió posteriormente su visión en un discurso presidencial pronunciado ante la Sociedad Röntgen en noviembre de 1911. La pantalla fotoeléctrica en el dispositivo transmisor propuesto era un mosaico de cubos de rubidio aislados. [ 5 ] [ 6 ] Su concepto de un sistema de televisión totalmente electrónico fue popularizado posteriormente como el "Sistema de escaneo electrónico Campbell-Swinton" por Hugo Gernsback y H. Winfield Secor en el número de agosto de 1915 de la revista popular Electrical Experimenter [ 7 ] y por Marcus J. Martin en el libro de 1921 The Electrical Transmission of Photographs . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
En una carta a Nature publicada en octubre de 1926, Campbell-Swinton también anunció los resultados de algunos "experimentos no muy exitosos" que había llevado a cabo con GM Minchin y JCM Stanton. Habían intentado generar una señal eléctrica proyectando una imagen sobre una placa de metal recubierta de selenio que era escaneada simultáneamente por un haz de rayos catódicos . [ 11 ] [ 12 ] Estos experimentos se llevaron a cabo antes de marzo de 1914, cuando murió Minchin, [ 13 ] pero luego fueron repetidos por dos equipos diferentes en 1937, por H. Miller y JW Strange de EMI , [ 14 ] y por H. Iams y A. Rose de RCA . [ 15 ] Ambos equipos lograron transmitir imágenes "muy débiles" con la placa original recubierta de selenio de Campbell-Swinton, pero se obtuvieron imágenes mucho mejores cuando la placa metálica se cubrió con sulfuro o seleniuro de zinc, [ 14 ] o con óxido de aluminio o circonio tratado con cesio. [ 15 ] Estos experimentos formarían la base del futuro vidicón . Una descripción de un dispositivo de imágenes CRT también apareció en una solicitud de patente presentada por Edvard-Gustav Schoultz en Francia en agosto de 1921 y publicada en 1922, [ 16 ] aunque no se demostró un dispositivo funcional hasta algunos años después. [ 15 ]
Experimentos con analizadores de imágenes

Un disector de imagen es un tubo de cámara que crea una "imagen electrónica" de una escena a partir de las emisiones del fotocátodo (electrones) que pasan a través de una apertura de escaneo hasta un ánodo , que sirve como detector de electrones. [ 17 ] [ 1 ] Entre los primeros en diseñar un dispositivo de este tipo se encontraban los inventores alemanes Max Dieckmann y Rudolf Hell , [ 12 ] [ 18 ] quienes titularon su solicitud de patente de 1925 Lichtelektrische Bildzerlegerröhre für Fernseher ( Tubo Disector de Imagen Fotoeléctrico para Televisión ). [ 19 ] El término puede aplicarse específicamente a un tubo disector que emplea campos magnéticos para mantener la imagen electrónica enfocada , [ 1 ] un elemento del que carecían el diseño de Dieckmann y Hell, y los primeros tubos disectores construidos por el inventor estadounidense Philo Farnsworth . [ 12 ] [ 20 ]
Dieckmann y Hell presentaron su solicitud a la oficina de patentes alemana en abril de 1925, y la patente se emitió en octubre de 1927. [ 19 ] Sus experimentos con el disector de imágenes se anunciaron en la edición de septiembre de 1927 de la revista popular Discovery [ 21 ] [ 22 ] y en la edición de mayo de 1928 de la revista Popular Radio . [ 23 ] Sin embargo, nunca lograron transmitir una imagen clara y bien enfocada con dicho tubo.
En enero de 1927, el inventor estadounidense y pionero de la televisión Philo T. Farnsworth solicitó una patente para su Sistema de Televisión que incluía un dispositivo para "la conversión y disección de la luz". [ 20 ] Su primera imagen en movimiento se transmitió con éxito el 7 de septiembre de 1927, [ 24 ] y se emitió una patente en 1930. [ 20 ] Farnsworth rápidamente hizo mejoras al dispositivo, entre ellas la introducción de un multiplicador de electrones hecho de níquel [ 25 ] [ 26 ] y el uso de un "campo magnético longitudinal" para enfocar nítidamente la imagen electrónica . [ 27 ] El dispositivo mejorado se mostró a la prensa a principios de septiembre de 1928. [ 12 ] [ 28 ] [ 29 ] La introducción de un multipactor en octubre de 1933 [ 30 ] [ 31 ] y un "multiplicador de electrones" multidínodo en 1937 [ 32 ] [ 33 ] convirtió al disector de imágenes de Farnsworth en la primera versión práctica de un dispositivo de imágenes totalmente electrónico para televisión. [ 34 ] Tenía una sensibilidad a la luz muy baja y, por lo tanto, era útil principalmente solo donde la iluminación era excepcionalmente alta (típicamente más de 685 cd /m 2 ). [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] Sin embargo, era ideal para aplicaciones industriales, como el monitoreo del interior brillante de un horno industrial. Debido a su baja sensibilidad a la luz, los disectores de imágenes rara vez se usaban en la transmisión de televisión, excepto para escanear películas y otras transparencias.
En abril de 1933, Farnsworth presentó una solicitud de patente también titulada Disector de imagen , pero que en realidad detallaba un tubo de cámara tipo CRT. [ 38 ] Esta es una de las primeras patentes en proponer el uso de un haz de escaneo de "baja velocidad" y RCA tuvo que comprarla para poder vender tubos orticónicos de imagen al público en general. [ 39 ] Sin embargo, Farnsworth nunca transmitió una imagen clara y bien enfocada con dicho tubo. [ 40 ] [ 41 ]
Los disectores se utilizaron brevemente para la investigación en sistemas de televisión antes de ser reemplazados por tubos mucho más sensibles basados en el fenómeno de almacenamiento de carga, como el iconoscopio, durante la década de 1930. Si bien los tubos de cámara basados en la tecnología del disector de imagen cayeron rápida y completamente en desuso en el campo de la radiodifusión televisiva, continuaron utilizándose para la obtención de imágenes en los primeros satélites meteorológicos y en el módulo lunar, así como para el seguimiento de la orientación de las estrellas en los transbordadores espaciales y la Estación Espacial Internacional.
Operación
El sistema óptico del disector de imágenes enfoca una imagen sobre un fotocátodo montado dentro de un alto vacío. Cuando la luz incide sobre el fotocátodo, se emiten electrones en proporción a la intensidad de la luz (véase efecto fotoeléctrico ). La imagen electrónica completa se desvía y una apertura de escaneo permite que solo aquellos electrones que emanan de un área muy pequeña del fotocátodo sean capturados por el detector en un momento dado. La salida del detector es una corriente eléctrica cuya magnitud es una medida del brillo del área correspondiente de la imagen. La imagen electrónica se desvía periódicamente horizontal y verticalmente (" escaneo raster ") de manera que el detector lee la imagen completa muchas veces por segundo, produciendo una señal eléctrica que puede transmitirse a un dispositivo de visualización , como un monitor CRT, para reproducir la imagen. [ 17 ] [ 1 ]
El disector de imágenes no tiene una característica de " almacenamiento de carga "; la gran mayoría de los electrones emitidos por el fotocátodo son excluidos por la apertura de escaneo, [ 18 ] y por lo tanto se desperdician en lugar de almacenarse en un objetivo fotosensible.
Tubos de almacenamiento de carga
Iconoscopio



Los primeros tubos de cámara electrónicos (como el disector de imagen ) adolecían de un defecto fatal y muy decepcionante: escaneaban el sujeto y lo que se veía en cada punto era solo el pequeño fragmento de luz detectado en el instante en que el sistema de escaneo lo recorría. Un tubo de cámara práctico requería un enfoque tecnológico diferente, el de lo que más tarde se conocería como tubo de cámara de almacenamiento de carga . Se basaba en un fenómeno físico descubierto y patentado en Hungría en 1926, pero que no se comprendió ni se reconoció ampliamente hasta alrededor de 1930. [ 43 ]
Un iconoscopio es un tubo de cámara que proyecta una imagen sobre una placa especial de almacenamiento de carga que contiene un mosaico de gránulos fotosensibles eléctricamente aislados, separados de una placa común por una fina capa de material aislante, de forma análoga a la retina del ojo humano y su disposición de fotorreceptores . Cada gránulo fotosensible constituye un pequeño condensador que acumula y almacena carga eléctrica en respuesta a la luz que incide sobre él. Un haz de electrones barre periódicamente la placa, escaneando la imagen almacenada y descargando cada condensador sucesivamente, de manera que la salida eléctrica de cada condensador es proporcional a la intensidad media de la luz que incide sobre él entre cada descarga. [ 44 ] [ 45 ]
Después de que el ingeniero húngaro Kálmán Tihanyi estudiara las ecuaciones de Maxwell , descubrió un nuevo fenómeno físico hasta entonces desconocido, que condujo a un avance en el desarrollo de dispositivos de imágenes electrónicas. Denominó a este nuevo fenómeno principio de almacenamiento de carga . El problema de la baja sensibilidad a la luz que resultaba en una baja salida eléctrica de los tubos transmisores o de cámara se resolvería con la introducción de la tecnología de almacenamiento de carga por Tihanyi a principios de 1925. [ 46 ] Su solución fue un tubo de cámara que acumulaba y almacenaba cargas eléctricas ( fotoelectrones ) dentro del tubo durante cada ciclo de escaneo. El dispositivo se describió por primera vez en una solicitud de patente que presentó en Hungría en marzo de 1926 para un sistema de televisión que denominó Radioskop. [ 42 ] Después de refinamientos adicionales incluidos en una solicitud de patente de 1928, [ 46 ] la patente de Tihanyi fue declarada nula en Gran Bretaña en 1930, [ 47 ] por lo que solicitó patentes en los Estados Unidos. La idea de Tihanyi sobre el almacenamiento de carga sigue siendo un principio básico en el diseño de dispositivos de imagen para televisión hasta el día de hoy.
En 1924, mientras trabajaba para la Westinghouse Electric Corporation en Pittsburgh, Pensilvania, el ingeniero estadounidense de origen ruso Vladimir Zworykin presentó un proyecto para un sistema de televisión totalmente electrónico al gerente general de la compañía. [ 48 ] [ 49 ] En julio de 1925, Zworykin presentó una solicitud de patente titulada Sistema de Televisión que incluía una placa de almacenamiento de carga construida con una capa delgada de material aislante (óxido de aluminio) intercalada entre una pantalla (malla 300) y un depósito coloidal de material fotoeléctrico (hidruro de potasio) que consistía en glóbulos aislados. [ 50 ] La siguiente descripción se puede leer entre las líneas 1 y 9 de la página 2: "El material fotoeléctrico, como el hidruro de potasio, se evapora sobre el óxido de aluminio u otro medio aislante, y se trata de manera que se forme un depósito coloidal de hidruro de potasio que consiste en glóbulos diminutos. Cada glóbulo es muy activo fotoeléctricamente y constituye, a todos los efectos, una célula fotoeléctrica individual diminuta". Su primera imagen se transmitió a finales del verano de 1925, [ 12 ] y se emitió una patente en 1928. [ 50 ] Sin embargo, la calidad de la imagen transmitida no impresionó a HP Davis, el gerente general de Westinghouse , y se le pidió a Zworykin "que trabajara en algo útil". [ 12 ] Zworykin también presentó una patente para un sistema de televisión en 1923, pero esta presentación no es una referencia definitiva porque se realizaron extensas revisiones antes de que se emitiera una patente quince años después [ 39 ] y el archivo mismo se dividió en dos patentes en 1931. [ 51 ] [ 52 ]
El primer iconoscopio práctico fue construido en 1931 por Sanford Essig, cuando accidentalmente dejó una lámina de mica plateada en el horno demasiado tiempo. Al examinarla con un microscopio, notó que la capa de plata se había roto en una miríada de diminutos glóbulos de plata aislados. [ 53 ] También notó que, "la diminuta dimensión de las gotas de plata mejoraría la resolución de la imagen del iconoscopio en un salto cuántico". [ 18 ] Como jefe de desarrollo de televisión en Radio Corporation of America (RCA) , Zworykin presentó una solicitud de patente en noviembre de 1931, y fue emitida en 1935. [ 45 ] Sin embargo, el equipo de Zworykin no fue el único grupo de ingeniería que trabajó en dispositivos que utilizaban una placa de almacenamiento de carga. En 1932, los ingenieros de EMI Tedham y McGee bajo la supervisión de Isaac Shoenberg solicitaron una patente para un nuevo dispositivo que denominaron "Emitron". [ 54 ] Un servicio de radiodifusión de 405 líneas que empleaba el Emitron comenzó en los estudios de Alexandra Palace en 1936, y se emitieron patentes en el Reino Unido en 1934 y en los EE. UU. en 1937. [ 55 ]
El iconoscopio se presentó al público en general en una conferencia de prensa en junio de 1933, [ 56 ] y se publicaron dos artículos técnicos detallados en septiembre y octubre del mismo año. [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] A diferencia del disector de imagen de Farnsworth, el iconoscopio de Zworykin era mucho más sensible, útil con una iluminación en el objetivo de entre 40 y 215 lux (4–20 ft-c ). También era más fácil de fabricar y producía una imagen muy nítida. El iconoscopio fue el tubo de cámara principal utilizado por la RCA Broadcasting desde 1936 hasta 1946, cuando fue reemplazado por el tubo orticon de imagen. [ 60 ] [ 61 ]
Super-Emitron e iconoscopio de imágenes
El iconoscopio original era ruidoso, tenía una alta relación interferencia-señal y, en última instancia, arrojó resultados decepcionantes, especialmente en comparación con los sistemas de escaneo mecánico de alta definición que entonces estaban disponibles. [ 62 ] [ 63 ] El equipo de EMI bajo la supervisión de Isaac Shoenberg analizó cómo el Emitron (o iconoscopio) produce una señal electrónica y concluyó que su eficiencia real era solo alrededor del 5% del máximo teórico. Esto se debe a que los electrones secundarios liberados del mosaico de la placa de almacenamiento de carga cuando el haz de escaneo barre sobre ella pueden ser atraídos de vuelta al mosaico cargado positivamente, neutralizando así muchas de las cargas almacenadas. [ 64 ] Lubszynski, Rodda y McGee se dieron cuenta de que la mejor solución era separar la función de fotoemisión de la de almacenamiento de carga, y así comunicaron sus resultados a Zworykin. [ 63 ] [ 64 ]
El nuevo tubo de videocámara desarrollado por Lubszynski, Rodda y McGee en 1934 fue denominado "super-Emitrón". Este tubo es una combinación del disector de imagen y el Emitrón. Posee un fotocátodo eficiente que transforma la luz de la escena en una imagen electrónica; esta última se acelera hacia un blanco especialmente preparado para la emisión de electrones secundarios . Cada electrón individual de la imagen electrónica produce varios electrones secundarios al alcanzar el blanco, generando así un efecto de amplificación. El blanco está construido con un mosaico de gránulos metálicos eléctricamente aislados, separados de una placa común por una fina capa de material aislante, de modo que la carga positiva resultante de la emisión secundaria se almacena en los gránulos. Finalmente, un haz de electrones barre periódicamente el blanco, escaneando la imagen almacenada, descargando cada gránulo y produciendo una señal electrónica similar a la del iconoscopio. [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]
El super-Emitron era entre diez y quince veces más sensible que los tubos originales de Emitron e iconoscopio y, en algunos casos, esta relación era considerablemente mayor. [ 64 ] Fue utilizado por primera vez para una transmisión en directo de la BBC el Día del Armisticio de 1937, cuando el público en general pudo ver en un televisor cómo el Rey depositaba una corona de flores en el Cenotafio. Esta fue la primera vez que se pudo transmitir en directo una escena callejera desde cámaras instaladas en el tejado de edificios vecinos. [ 68 ]
Por otro lado, en 1934, Zworykin compartió algunos derechos de patente con la empresa alemana licenciataria Telefunken. [ 69 ] El iconoscopio de imagen (Superikonoskop en Alemania) se produjo como resultado de la colaboración. Este tubo es esencialmente idéntico al super-Emitron, pero el objetivo está construido con una fina capa de material aislante colocada sobre una base conductora, y carece del mosaico de gránulos metálicos. La producción y comercialización del super-Emitron y el iconoscopio de imagen en Europa no se vieron afectadas por la guerra de patentes entre Zworykin y Farnsworth, porque Dieckmann y Hell tenían prioridad en Alemania para la invención del disector de imagen, habiendo presentado una solicitud de patente para su Lichtelektrische Bildzerlegerröhre für Fernseher ( Tubo Disector de Imagen Fotoeléctrico para Televisión ) en Alemania en 1925, [ 19 ] dos años antes de que Farnsworth hiciera lo mismo en Estados Unidos. [ 20 ]
El iconoscopio de imagen (Superikonoskop) se convirtió en el estándar industrial para la radiodifusión pública en Europa desde 1936 hasta 1960, cuando fue reemplazado por los tubos vidicón y plumbicón. De hecho, fue el representante de la tradición europea en tubos electrónicos que competía con la tradición estadounidense representada por el orticono de imagen. [ 70 ] [ 71 ] La empresa alemana Heimann produjo el Superikonoskop para los Juegos Olímpicos de Berlín de 1936, [ 72 ] posteriormente Heimann también lo produjo y comercializó desde 1940 hasta 1955, finalmente la empresa holandesa Philips produjo y comercializó el iconoscopio de imagen y el multicon desde 1952 hasta 1963, [ 71 ] [ 73 ] cuando fue reemplazado por el mucho mejor Plumbicón . [ 74 ] [ 75 ]
Operación
El super-Emitrón es una combinación del disector de imágenes y el Emitrón. La imagen de la escena se proyecta sobre un fotocátodo semitransparente de película continua de alta eficiencia que transforma la luz de la escena en una imagen electrónica emitida por luz. Esta última se acelera (y enfoca ) mediante campos electromagnéticos hacia un blanco especialmente preparado para la emisión de electrones secundarios . Cada electrón individual de la imagen electrónica produce varios electrones secundarios al alcanzar el blanco, lo que genera un efecto de amplificación. La carga positiva resultante es proporcional a la intensidad integrada de la luz de la escena. El blanco está construido con un mosaico de gránulos metálicos eléctricamente aislados, separados de una placa común por una fina capa de material aislante. De esta manera, la carga positiva resultante de la emisión secundaria se almacena en el condensador formado por el gránulo metálico y la placa común. Finalmente, un haz de electrones barre periódicamente el blanco, escaneando la imagen almacenada y descargando cada condensador sucesivamente, de modo que la salida eléctrica de cada condensador es proporcional a la intensidad promedio de la luz de la escena entre cada descarga (como en el iconoscopio). [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]
El iconoscopio de imágenes es esencialmente idéntico al super-Emitrón, pero el blanco está construido con una fina capa de material aislante colocada sobre una base conductora; carece del mosaico de gránulos metálicos. Por lo tanto, se emiten electrones secundarios desde la superficie del material aislante cuando la imagen electrónica alcanza el blanco, y las cargas positivas resultantes se almacenan directamente en la superficie del material aislado. [ 70 ]
Orthicon y CPS Emitron
El iconoscopio original era muy ruidoso [ 62 ] debido a los electrones secundarios liberados del mosaico fotoeléctrico de la placa de almacenamiento de carga cuando el haz de escaneo lo barría. [ 64 ] Una solución obvia fue escanear el mosaico con un haz de electrones de baja velocidad que produjo menos energía en las proximidades de la placa de modo que no se emitieron electrones secundarios en absoluto. Es decir, se proyecta una imagen sobre el mosaico fotoeléctrico de una placa de almacenamiento de carga, de modo que se producen y almacenan cargas positivas allí debido a la fotoemisión y la capacitancia , respectivamente. Estas cargas almacenadas se descargan luego suavemente mediante un haz de escaneo de electrones de baja velocidad , evitando la emisión de electrones secundarios. [ 76 ] [ 18 ] No todos los electrones en el haz de escaneo pueden ser absorbidos en el mosaico, porque las cargas positivas almacenadas son proporcionales a la intensidad integrada de la luz de la escena. Los electrones restantes son luego desviados de vuelta al ánodo, [ 38 ] [ 44 ] capturados por una rejilla especial , [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] o desviados de vuelta a un multiplicador de electrones . [ 80 ]
Los tubos de haz de escaneo de baja velocidad tienen varias ventajas; hay bajos niveles de señales espurias y alta eficiencia de conversión de luz en señal, por lo que la salida de señal es máxima. Sin embargo, también hay problemas serios, porque el haz de electrones se dispersa y acelera en una dirección paralela al objetivo cuando escanea los bordes y esquinas de la imagen, por lo que produce electrones secundarios y se obtiene una imagen bien enfocada en el centro pero borrosa en los bordes. [ 41 ] [ 81 ] Henroteau fue uno de los primeros inventores en proponer en 1929 el uso de electrones de baja velocidad para estabilizar el potencial de una placa de almacenamiento de carga, [ 82 ] pero Lubszynski y el equipo de EMI fueron los primeros ingenieros en transmitir una imagen clara y bien enfocada con un tubo de este tipo. [ 40 ] Otra mejora es el uso de una placa de almacenamiento de carga semitransparente. La imagen de la escena se proyecta entonces en la parte posterior de la placa, mientras que el haz de electrones de baja velocidad escanea el mosaico fotoeléctrico en la parte frontal. Esta configuración permite el uso de un tubo de cámara recto, ya que la escena a transmitir, la placa de almacenamiento de carga y el cañón de electrones pueden alinearse uno tras otro. [ 18 ]

El primer tubo de haz de exploración de baja velocidad totalmente funcional, el Emitron CPS, fue inventado y demostrado por el equipo de EMI bajo la supervisión de Sir Isaac Shoenberg . [ 83 ] En 1934, los ingenieros de EMI Blumlein y McGee solicitaron patentes para sistemas de transmisión de televisión donde una placa de almacenamiento de carga estaba blindada por un par de rejillas especiales , una rejilla negativa (o ligeramente positiva) se colocaba muy cerca de la placa y una positiva se colocaba más lejos. [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] La velocidad y la energía de los electrones en el haz de exploración se reducían a cero por el campo eléctrico decelerante generado por este par de rejillas, y así se obtenía un tubo de haz de exploración de baja velocidad. [ 76 ] [ 84 ] El equipo de EMI continuó trabajando en estos dispositivos, y Lubszynski descubrió en 1936 que se podía producir una imagen clara si la trayectoria del haz de escaneo de baja velocidad era casi perpendicular (ortogonal) a la placa de almacenamiento de carga en una proximidad a ella. [ 40 ] [ 85 ] El dispositivo resultante fue denominado Emitron estabilizado por potencial de cátodo, o CPS Emitron. [ 76 ] [ 86 ] La producción industrial y la comercialización del CPS Emitron tuvieron que esperar hasta el final de la Segunda Guerra Mundial ; [ 84 ] se utilizó ampliamente en el Reino Unido hasta 1963, cuando fue reemplazado por el mucho mejor Plumbicon . [ 74 ] [ 75 ]
Al otro lado del Atlántico , el equipo de la RCA liderado por Albert Rose comenzó a trabajar en 1935 en un dispositivo de haz de escaneo de baja velocidad al que denominaron orticono. [ 87 ] [ 88 ] Iams y Rose resolvieron el problema de guiar el haz y mantenerlo enfocado instalando placas de deflexión y bobinas de deflexión especialmente diseñadas cerca de la placa de almacenamiento de carga para proporcionar un campo magnético axial uniforme. [ 41 ] [ 80 ] [ 89 ] El rendimiento del orticono era similar al del iconoscopio de imágenes, [ 90 ] pero también era inestable bajo destellos repentinos de luz brillante, produciendo "la apariencia de una gran gota de agua evaporándose lentamente sobre parte de la escena". [ 18 ]
Imagen orthicon


El orticono de imagen (a veces abreviado como IO ) fue común en la radiodifusión estadounidense desde 1946 hasta 1968. [ 61 ] Combinando las tecnologías del disector de imagen y del orticono, reemplazó al iconoscopio en Estados Unidos, que requería mucha luz para funcionar adecuadamente. [ 91 ]
El tubo orticon de imagen fue desarrollado en RCA por Albert Rose, Paul K. Weimer y Harold B. Law. Representó un avance considerable en el campo de la televisión y, tras un mayor desarrollo, RCA creó modelos originales entre 1939 y 1940. [ 61 ] El Comité Nacional de Investigación de Defensa firmó un contrato con RCA en el que financió su desarrollo posterior. Tras el desarrollo por parte de RCA del tubo orticon de imagen más sensible en 1943, RCA firmó un contrato de producción con la Marina de los EE . UU ., entregándose los primeros tubos en enero de 1944. [ 92 ] RCA comenzó la producción de orticons de imagen para uso civil en el segundo trimestre de 1946. [ 61 ] [ 93 ]
Mientras que el iconoscopio y el orticono intermedio utilizaban la capacitancia entre una multitud de pequeños pero discretos colectores sensibles a la luz y una placa de señal aislada para leer la información de vídeo, el orticono de imagen empleaba lecturas de carga directas de un colector continuo cargado electrónicamente. La señal resultante era inmune a la mayoría de las interferencias de señales externas provenientes de otras partes del objetivo y podía generar imágenes extremadamente detalladas. La NASA seguía utilizando cámaras de orticono de imagen para capturar los cohetes Apolo/Saturno que se acercaban a la órbita, aunque las cadenas de televisión las habían retirado gradualmente. [ 94 ]
Una cámara orticónica de imagen puede tomar imágenes de televisión a la luz de las velas debido a la zona sensible a la luz más ordenada y a la presencia de un multiplicador de electrones en la base del tubo, que funcionaba como un amplificador de alta eficiencia. También tiene una curva de sensibilidad a la luz logarítmica similar a la del ojo humano . Sin embargo, tiende a producir destellos con luz brillante, lo que provoca que se vea un halo oscuro alrededor del objeto; esta anomalía se conocía como floración en la industria de la radiodifusión cuando se utilizaban tubos orticónicos de imagen. [ 95 ] Los orticones de imagen se utilizaron ampliamente en las primeras cámaras de televisión en color, como la RCA TK-40/41 , donde la mayor sensibilidad del tubo era esencial para superar el sistema óptico divisor de haz muy ineficiente de la cámara. [ 95 ] [ 96 ]
El tubo Image Orthicon fue conocido coloquialmente como Immy. Harry Lubcke , entonces presidente de la Academia de Artes y Ciencias de la Televisión , decidió que el premio llevara este apodo. Dado que la estatuilla era femenina, se feminizó a Emmy . [ 97 ] El Image Orthicon se utilizó hasta el final de la producción de televisión en blanco y negro en la década de 1960. [ 98 ]
Operación
Un orticono de imagen consta de tres partes: un fotocátodo con un almacenamiento de imagen (objetivo), un escáner que lee esta imagen (un cañón de electrones ) y un multiplicador de electrones multietapa. [ 99 ]
En el almacenamiento de imágenes, la luz incide sobre el fotocátodo, una placa fotosensible con un potencial muy negativo (aprox. -600 V), y se convierte en una imagen electrónica (un principio tomado del disector de imágenes). Esta lluvia de electrones se acelera hacia el blanco (una placa de vidrio muy delgada que actúa como un semiaislador) a potencial de tierra (0 V), y pasa a través de una malla de alambre muy fina (casi 200 o 390 [ 100 ] alambres por cm), muy cerca (unas pocas centésimas de cm) y paralela al blanco, que actúa como una rejilla de pantalla con un voltaje ligeramente positivo (aprox. +2 V). Una vez que los electrones de la imagen alcanzan el blanco, provocan una dispersión de electrones por efecto de emisión secundaria . En promedio, cada electrón de la imagen expulsa varios electrones de dispersión (añadiendo así amplificación por emisión secundaria), y estos electrones en exceso son absorbidos por la malla positiva, eliminando efectivamente electrones del blanco y provocando una carga positiva en él en relación con la luz incidente en el fotocátodo. El resultado es una imagen pintada con carga positiva, donde las partes más brillantes tienen la mayor carga positiva. [ 101 ]
Un haz de electrones altamente enfocado (rayo catódico) es generado por el cañón de electrones a potencial de tierra y acelerado por el ánodo (el primer dinodo del multiplicador de electrones ) alrededor del cañón a un alto voltaje positivo (aprox. +1500 V). Una vez que sale del cañón de electrones, su inercia hace que el haz se aleje del dinodo hacia la parte posterior del blanco. En este punto, los electrones pierden velocidad y son desviados por las bobinas de deflexión horizontal y vertical, escaneando así el blanco. Gracias al campo magnético axial de la bobina de enfoque , esta desviación no es rectilínea, por lo que cuando los electrones alcanzan el blanco lo hacen perpendicularmente, evitando una componente lateral. El blanco está casi a potencial de tierra con una pequeña carga positiva, por lo que cuando los electrones lo alcanzan a baja velocidad, son absorbidos sin eyectar más electrones. Esto añade carga negativa a la carga positiva hasta que la región escaneada alcanza un umbral de carga negativa, momento en el que los electrones de escaneo se reflejan por el potencial negativo en lugar de ser absorbidos (en este proceso, el objetivo recupera los electrones necesarios para el siguiente escaneo). Estos electrones reflejados regresan por el tubo de rayos catódicos hacia el primer dinodo del multiplicador de electrones que rodea el cañón de electrones, el cual se encuentra a un alto potencial. El número de electrones reflejados es una medida lineal de la carga positiva original del objetivo, que, a su vez, es una medida de brillo. [ 102 ]
Halo oscuro

El misterioso halo oscuro que rodea los objetos brillantes en una imagen capturada por el ortofoinio (también conocido como "efecto de floración") se basa en el hecho de que el ortofoinio depende de la emisión de fotoelectrones, pero una iluminación muy brillante puede producir localmente más de los que el dispositivo puede procesar eficazmente. En un punto muy brillante de la imagen capturada, se expulsa una gran cantidad de electrones de la placa fotosensible. Se pueden expulsar tantos que el punto correspondiente de la malla de recolección ya no puede absorberlos, por lo que caen de nuevo a puntos cercanos del objetivo, de forma similar a como el agua salpica formando un anillo cuando se lanza una piedra. Dado que los electrones salpicados resultantes no contienen suficiente energía para expulsar más electrones donde aterrizan, neutralizarán cualquier carga positiva que se haya acumulado en esa región. Como las imágenes más oscuras producen menos carga positiva en el objetivo, el haz de electrones de barrido leerá el exceso de electrones depositados por la salpicadura como una región oscura.
Este efecto fue cultivado hasta cierto punto por los fabricantes de tubos, ya que una pequeña cantidad cuidadosamente controlada del halo oscuro produce un efecto de nitidez en la imagen visual debido al contraste . (Es decir, da la ilusión de estar más enfocada de lo que realmente está). El tubo vidicón posterior y sus descendientes (véase más abajo) no presentan este efecto, por lo que no pudieron utilizarse para fines de transmisión hasta que se desarrollaron circuitos especiales de corrección de detalles. [ 103 ]
Vidicon
Un tubo vidicón es un diseño de tubo de cámara de video en el que el material objetivo es un fotoconductor. El vidicón fue desarrollado en 1950 en RCA por PK Weimer, SV Forgue y RR Goodrich como una alternativa simple al orticono de imagen, estructural y eléctricamente complejo. [ 98 ] [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] Si bien el fotoconductor inicial utilizado fue el selenio, se han utilizado otros objetivos, incluyendo matrices de diodos de silicio. Los vidicones con estos objetivos se conocen como vidicones de silicio o ultricones. [ 107 ] [ 108 ]

El vidicón es un tubo de cámara de almacenamiento en el que la radiación de la escena capturada forma un patrón de densidad de carga sobre una superficie fotoconductora , la cual es escaneada por un haz de electrones de baja velocidad . Esta superficie se encuentra sobre una placa de vidrio y también se denomina blanco. [ 100 ] [ 109 ] Más específicamente, esta placa de vidrio está cubierta por una capa transparente y conductora de óxido de indio y estaño (ITO), sobre la cual se forma la superficie fotoconductora mediante la deposición de material fotoconductor, que puede aplicarse en forma de pequeños cuadrados con aislamiento entre ellos. El fotoconductor normalmente es un aislante, pero se vuelve parcialmente conductor al ser impactado por electrones. [ 100 ] La salida del tubo proviene de la capa de ITO. [ 107 ]
El objetivo se mantiene a un voltaje positivo de 30 voltios y el cátodo del tubo a un voltaje negativo de 30 voltios. El cátodo emite electrones que son modulados por la rejilla G1 y acelerados por la rejilla G2, creando un haz de electrones. Las bobinas magnéticas desvían, enfocan y alinean el haz de electrones para que pueda escanear la superficie del objetivo. El haz deposita electrones sobre el objetivo y, cuando suficientes fotones inciden sobre él, se produce una diferencia de corriente entre las dos capas conductoras del objetivo. Debido a la conexión a una resistencia eléctrica, esta diferencia se genera como un voltaje. El voltaje fluctuante creado en el objetivo se acopla a un amplificador de vídeo [ 100 ] y se utiliza para reproducir la escena que se está capturando; en otras palabras, es la salida de vídeo. La carga eléctrica producida por una imagen permanece en la placa frontal hasta que se escanea o hasta que la carga se disipa. Los Vidicons especiales pueden tener resoluciones de hasta 5000 líneas de TV. [ 110 ]
Al utilizar un material piroeléctrico como el sulfato de triglicina (TGS) como objetivo, es posible obtener un vidicón sensible a una amplia porción del espectro infrarrojo [ 111 ] . Esta tecnología fue precursora de la tecnología moderna de microbolómetros y se utilizó principalmente en cámaras térmicas para la extinción de incendios [ 112 ] .

Antes del diseño y la construcción de la sonda Galileo a Júpiter , a finales de la década de 1970 y principios de la de 1980, la NASA utilizó cámaras vidicon en casi todas las sondas espaciales no tripuladas equipadas con capacidad de teledetección . [ 113 ] Los tubos vidicon también se utilizaron a bordo de los tres primeros satélites de imágenes terrestres Landsat lanzados en 1972, como parte del sistema de imágenes Vidicon de haz de retorno (RBV) de cada nave espacial . [ 114 ] [ 115 ] [ 116 ] El Uvicon , una variante UV del Vidicon, también fue utilizado por la NASA para tareas UV. [ 117 ]
Los tubos Vidicon fueron populares en las décadas de 1970 y 1980, tras lo cual quedaron obsoletos debido a los sensores de imagen de estado sólido , primero con el dispositivo de carga acoplada (CCD) y luego con el sensor CMOS .
Todos los tubos vidicon y similares son propensos al retardo de imagen, también conocido como efecto fantasma, desenfoque, quemado, estelas de cometa, rastros de luminancia y floración de luminancia. El retardo de imagen se manifiesta como rastros perceptibles (generalmente blancos o de color) que aparecen después de que un objeto brillante (como una luz o un reflejo) se haya movido, dejando un rastro que finalmente se desvanece en la imagen. [ 118 ] No se puede evitar ni eliminar, ya que es inherente a la tecnología. El grado en que la imagen generada por el vidicon se ve afectada dependerá de las propiedades del material objetivo utilizado en el vidicon, de la capacitancia de dicho material (conocida como efecto de almacenamiento) y de la resistencia del haz de electrones utilizado para escanear el objetivo. Cuanto mayor sea la capacitancia del objetivo, mayor será la carga que puede almacenar y más tiempo tardará en desaparecer el rastro. Las cargas restantes en el objetivo se disipan con el tiempo, haciendo que el rastro desaparezca. [ 119 ]
Los vidicones pueden dañarse por la exposición a luz de alta intensidad. [ 120 ] El quemado de imagen ocurre cuando un vidicon captura una imagen durante mucho tiempo y aparece como un contorno persistente de la imagen cuando cambia, y el contorno desaparece con el tiempo. Los vidicones pueden dañarse por la exposición directa al sol, lo que provoca que desarrollen manchas oscuras. [ 121 ] [ 122 ] Los vidicones a menudo usaban trisulfuro de antimonio como material fotoconductor. [ 107 ] No tuvieron mucho éxito debido al retardo de imagen, que se observó en la cámara de color RCA TK-42. [ 106 ]
Si-vidicon (1969)
Los vidicones de silicio [ 123 ] o epicones [ 124 ] , que utilizan matrices de diodos de silicio para el blanco, se introdujeron en 1969 para el Picturephone [ 125 ] . Son muy resistentes al quemado, tienen un retardo de imagen bajo y una sensibilidad muy alta, pero no se consideran adecuados para la producción de televisión de difusión, ya que sufren de un alto efecto blooming y falta de uniformidad de la imagen. Los blancos en estos tubos están hechos sobre sustratos de silicio y requieren 10 voltios para funcionar; se fabrican con procesos de fabricación de dispositivos semiconductores [ 124 ] . Estos tubos podían usarse con un intensificador de imagen, en cuyo caso se conocían como tubos intensificados de silicio (SIT), que tenían un fotocátodo adicional delante del blanco que producía grandes cantidades de electrones al ser impactados por fotones, y los electrones se aceleraban hacia el blanco con varios cientos de voltios. Estos tubos se usaban para rastrear desechos de satélites [ 107 ] .
Plumbicon (1965)

Plumbicon es una marca registrada de Philips desde 1963, para sus vidicones objetivo de óxido de plomo(II) (PbO). [ 126 ] Fue demostrado en 1965 en el NAB Show . [ 127 ] [ 128 ] Utilizados frecuentemente en aplicaciones de cámaras de transmisión, estos tubos tienen una salida baja, pero una alta relación señal-ruido . Tienen una resolución excelente en comparación con los orticones de imagen, pero carecen de los bordes artificialmente nítidos de los tubos IO, lo que hace que parte de la audiencia los perciba como más suaves. CBS Labs inventó los primeros circuitos de mejora de bordes externos para afinar los bordes de las imágenes generadas por Plumbicon. [ 129 ] [ 130 ] [ 131 ] Philips recibió el premio Emmy de Tecnología e Ingeniería de 1966 por el Plumbicon. [ 132 ] Los objetivos en los Plumbicons tienen dos capas: una capa de PbO puro y una capa de PbO dopado. El PbO puro es un semiconductor intrínseco de tipo I, y una capa del mismo se dopa para crear un semiconductor de PbO de tipo P, creando así una unión semiconductora . [ 133 ] El PbO se encuentra en forma cristalina. [ 134 ]
Los Plumbicons fueron la primera versión comercialmente exitosa del Vidicon. Eran más pequeños, tenían menor ruido, mayor sensibilidad y resolución, menor retardo de imagen que los Vidicons, [ 106 ] y fueron un factor determinante en el desarrollo de las cámaras de televisión en color. [ 98 ] Los tubos de cámara más utilizados en la producción de televisión fueron los Plumbicons y los Saticons. [ 107 ] En comparación con los Saticons, los Plumbicons tienen mucha mayor resistencia al quemado de pantalla y a los artefactos de cometa y estela de luces brillantes en la toma. Sin embargo, los Saticons suelen tener una resolución ligeramente superior. Después de 1980, y la introducción del tubo Plumbicon de cañón de diodos, la resolución de ambos tipos era tan alta, en comparación con los límites máximos del estándar de transmisión, que la ventaja de resolución del Saticon se volvió irrelevante. Mientras que las cámaras de transmisión migraron a dispositivos de carga acoplada de estado sólido, los tubos Plumbicon siguieron siendo un dispositivo de imagen fundamental en el campo médico. [ 129 ] [ 130 ] [ 131 ] Se fabricaron plumbicons de alta resolución para el estándar HD-MAC . [ 135 ] Dado que el PbO no es estable en el aire, la deposición de PbO en el objetivo es un desafío. [ 136 ] Los Vistacons desarrollados por RCA [ 137 ] y los Leddicons fabricados por EEV [ 138 ] también utilizan PbO en sus objetivos. [ 98 ]
Hasta 2016, Narragansett Imaging fue la última empresa que fabricaba Plumbicons, utilizando fábricas construidas por Philips en Rhode Island, EE. UU . Mientras aún formaba parte de Philips, la empresa adquirió el negocio de tubos de óxido de plomo para cámaras de EEV ( English Electric Valve ) y obtuvo el monopolio de la producción de tubos de óxido de plomo. [ 129 ] [ 130 ] [ 131 ] Matsushita también fabricaba tubos de óxido de plomo. [ 139 ] [ 140 ]
Saticon (1973)
Saticon es una marca registrada de Hitachi desde 1973, también producida por Thomson y Sony . Fue desarrollada en un esfuerzo conjunto por Hitachi y los Laboratorios de Investigación Científica y Tecnológica de NHK ( NHK es la Corporación de Radiodifusión de Japón). Introducido en 1973, [ 141 ] [ 142 ] Su superficie consiste en selenio con cantidades traza de arsénico y telurio añadidos (SeAsTe) para hacer la señal más estable. SAT en el nombre deriva de (SeAsTe). [ 143 ] Los tubos Saticon tienen una sensibilidad a la luz promedio equivalente a la de una película de 64 ASA . [ 144 ] En comparación con el Plumbicon, tiene un rango de temperatura de funcionamiento menos ventajoso y tiene más retardo de imagen. [ 107 ] El objetivo en un Saticon tiene una capa conductora eléctrica transparente de óxido de estaño, seguida de una capa de SeAsTe, una capa de SeAs y una capa de trisulfuro de antimonio que mira hacia el haz de electrones. [ 141 ]
Un fotoconductor amorfo de alta ganancia con corriente de avalancha (HARP) hecho de selenio amorfo (a-Se) puede usarse para aumentar la sensibilidad a la luz hasta 10 veces la de los saticons convencionales, y los Saticons con este tipo de objetivo se conocen como HARPICONs. El objetivo en los HARPICONs está compuesto de ITO (óxido de indio y estaño), CeO₂ ( óxido de cerio), selenio dopado con arsénico y fluoruro de litio, selenio dopado con arsénico y telurio, selenio amorfo hecho mediante dopaje con arsénico y trisulfuro de antimonio. [ 145 ] [ 146 ] [ 147 ] [ 144 ] Los Saticons se fabricaron para el sistema Sony HDVS , utilizado para producir televisión analógica de alta definición temprana usando codificación de muestreo sub-Nyquist múltiple (MUSE). [ 144 ]
Pasecon (1972)
Originalmente desarrollado por Toshiba en 1972 como chalnicon , Pasecon es una marca registrada de Heimann GmbH desde 1977. Su superficie está compuesta de trióxido de seleniuro de cadmio (CdSeO₃ ) . Debido a su amplia respuesta espectral , se le denomina vidicón de selenio pancromático , de ahí el acrónimo «pasecon». [ 143 ] [ 148 ] No se considera adecuado para la producción de televisión abierta, ya que presenta un alto retardo de imagen. [ 107 ]
Newvicon (1974)
Newvicon es una marca registrada de Matsushita desde 1973. [ 149 ] Introducidos en 1974, [ 150 ] [ 151 ] Los tubos Newvicon se caracterizaban por su alta sensibilidad a la luz. Su superficie consiste en una combinación de seleniuro de zinc (ZnSe) y telururo de zinc y cadmio (ZnCdTe). [ 143 ] No se considera adecuado para la producción de televisión de difusión, ya que sufre de un alto retardo de imagen y falta de uniformidad. [ 107 ]
Trinicon (1971)
Trinicon es una marca registrada de Sony desde 1971. [ 152 ] Utiliza un filtro de color RGB con franjas verticales sobre la placa frontal de un tubo de imagen vidicón estándar para segmentar el escaneo en segmentos rojos, verdes y azules correspondientes. Solo se utilizaba un tubo en la cámara, en lugar de un tubo para cada color, como era habitual en las cámaras de color utilizadas en la transmisión televisiva. Se utiliza principalmente en cámaras de consumo de gama baja, como los modelos HVC-2200 y HVC-2400, aunque Sony también lo utilizó en algunas cámaras profesionales de precio moderado en las décadas de 1970 y 1980, como la serie DXC-1600. [ 153 ]
Aunque la idea de usar filtros de franjas de color sobre el objetivo no era nueva, el Trinicon fue el único tubo que utilizó los colores primarios RGB. Esto requirió un electrodo adicional enterrado en el objetivo para detectar la posición del haz de electrones de barrido con respecto al filtro de franjas. Los sistemas de franjas de color anteriores habían utilizado colores en los que el circuito de color podía separar los colores únicamente a partir de las amplitudes relativas de las señales. [ 154 ] Como resultado, el Trinicon presentaba un rango dinámico de operación más amplio.
Posteriormente, Sony combinó el tubo Saticon con el filtro de color RGB del Trinicon, lo que proporcionó sensibilidad a la luz baja y una reproducción cromática superior. Este tipo de tubo se conocía como tubo SMF Trinicon o Saticon Mixed Field . Los tubos SMF Trinicon se utilizaron en las cámaras de consumo HVC-2800 y HVC-2500, las cámaras profesionales DXC-1800 y BVP-1, así como en las primeras videocámaras Betamovie . Toshiba ofreció un tubo similar en 1974, [ 155 ] y Hitachi también desarrolló un Saticon similar con un filtro de color en 1981. [ 156 ]
Polarización de luz
Todos los tubos de tipo vidicón, excepto el vidicón en sí, podían utilizar una técnica de polarización de luz para mejorar la sensibilidad y el contraste. El objetivo fotosensible de estos tubos presentaba la limitación de que el nivel de luz debía alcanzar un nivel determinado para que se produjera alguna señal de vídeo. La polarización de luz era un método mediante el cual el objetivo fotosensible se iluminaba con una fuente de luz lo suficiente como para que no se obtuviera una señal apreciable, pero de tal forma que un ligero aumento en el nivel de luz de la escena fuera suficiente para proporcionar una señal discernible. La luz provenía de un iluminador montado alrededor del objetivo o, en cámaras más profesionales, de una fuente de luz en la base del tubo y se guiaba hacia el objetivo mediante un conducto de luz. Esta técnica no funcionaba con el tubo vidicón básico porque sufría la limitación de que, al ser el objetivo un aislante, el nivel de luz bajo y constante acumulaba una carga que se manifestaba como una especie de empañamiento . Los otros tipos tenían objetivos semiconductores que no presentaban este problema.
Cámaras a color
Las primeras cámaras en color utilizaban la técnica obvia de emplear tubos de imagen separados para rojo, verde y azul, junto con un separador de color ; una técnica que aún se usa en las cámaras de estado sólido 3CCD actuales. Una variante consistía en añadir un cuarto tubo de imagen que recibía una imagen en blanco y negro para mitigar las imperfecciones en el registro entre las tres imágenes en color y lograr una imagen combinada más nítida.
También era posible construir una cámara en color que utilizara un único tubo de imagen. Ya se ha descrito una técnica (Trinicon, más arriba). Una técnica más común y más sencilla desde el punto de vista de la construcción del tubo consistía en superponer al objetivo fotosensible un filtro de rayas de color con un patrón fino de rayas verticales de filtros verde, cian y transparente (es decir, verde; verde y azul; y verde, azul y rojo) que se repetían a lo largo del objetivo. La ventaja de esta disposición era que, para prácticamente todos los colores, el nivel de vídeo del componente verde siempre era menor que el del cian, y de forma similar, el cian siempre era menor que el blanco. De este modo, las imágenes que contribuían podían separarse sin necesidad de electrodos de referencia en el tubo. Si los tres niveles eran iguales, entonces esa parte de la escena era verde. Este método presentaba la desventaja de que los niveles de luz bajo los tres filtros casi con seguridad serían diferentes, y el filtro verde no dejaba pasar más de un tercio de la luz disponible.
Existen variaciones de este método, la principal consiste en utilizar dos filtros con franjas de color superpuestas, de manera que los colores formen figuras romboidales orientadas verticalmente sobre el objetivo. Sin embargo, el método de extracción del color es similar.
Sistema de color secuencial de campo
Durante las décadas de 1930 y 1940, se desarrollaron sistemas de color secuenciales que utilizaban discos de filtro de color sincronizados y accionados por motor, tanto en el tubo de imagen de la cámara como en el receptor de televisión. Cada disco constaba de filtros de color transparentes rojo, azul y verde. En la cámara, el disco se encontraba en la trayectoria óptica, y en el receptor, delante del tubo de rayos catódicos (CRT). La rotación del disco estaba sincronizada con el barrido vertical, de modo que cada barrido vertical secuencial correspondía a un color primario diferente. Este método permitió que los tubos de imagen y los CRT convencionales en blanco y negro generaran y mostraran imágenes en color. Un sistema secuencial de campos desarrollado por Peter Goldmark para CBS fue demostrado a la prensa el 4 de septiembre de 1940, [ 157 ] [ 158 ] [ 159 ] y se mostró por primera vez al público general el 12 de enero de 1950. [ 160 ] Guillermo González Camarena desarrolló de forma independiente un sistema de disco de color secuencial de campos en México a principios de la década de 1940, para el cual solicitó una patente en México el 19 de agosto de 1940 y en los EE. UU. en 1941. [ 161 ] González Camarena produjo su sistema de televisión en color en su laboratorio Gon-Cam para el mercado mexicano y lo exportó al Columbia College de Chicago, que lo consideró el mejor sistema del mundo. [ 162 ] [ 163 ]
Enfoque magnético en tubos de cámara típicos
El fenómeno conocido como enfoque magnético fue descubierto por AA Campbell-Swinton en 1896. Descubrió que un campo magnético longitudinal generado por una bobina axial puede enfocar un haz de electrones. [ 164 ] Este fenómeno fue corroborado inmediatamente por JA Fleming , y Hans Busch dio una interpretación matemática completa en 1926. [ 165 ]
Los diagramas de este artículo muestran que la bobina de enfoque rodea el tubo de la cámara; es mucho más larga que las bobinas de enfoque de los primeros tubos de rayos catódicos (TRC) de televisión. Las bobinas de enfoque de los tubos de cámara, por sí solas, tienen líneas de fuerza esencialmente paralelas, muy diferentes de la geometría del campo magnético semitórico localizado dentro de la bobina de enfoque de un TRC de televisión. Esta última es esencialmente una lente magnética ; enfoca el punto de cruce (entre el cátodo del TRC y el electrodo G1, donde los electrones se comprimen y vuelven a divergir) sobre la pantalla.
La óptica electrónica de los tubos de las cámaras difiere considerablemente. Los electrones dentro de estas largas bobinas de enfoque siguen trayectorias helicoidales a medida que se desplazan a lo largo del tubo. El centro (eje local) de una de estas hélices actúa como una línea de fuerza del campo magnético. Mientras los electrones se desplazan, las hélices son prácticamente irrelevantes. Suponiendo que parten de un punto, los electrones volverán a enfocarse en ese mismo punto a una distancia determinada por la intensidad del campo. Enfocar un tubo con este tipo de bobina es tan sencillo como ajustar la corriente de la bobina. En efecto, los electrones se desplazan siguiendo las líneas de fuerza, aunque de forma helicoidal, en detalle.
Estas bobinas de enfoque tienen prácticamente la misma longitud que los tubos y rodean el yugo de deflexión (bobinas). Los campos de deflexión curvan las líneas de fuerza (con una pérdida de enfoque mínima) y los electrones siguen dichas líneas.
En un tubo de rayos catódicos (TRC) convencional con deflexión magnética, como los de un televisor o un monitor de ordenador, las bobinas de deflexión vertical son básicamente equivalentes a bobinas enrolladas alrededor de un eje horizontal. Este eje es perpendicular al cuello del tubo; las líneas de fuerza son prácticamente horizontales. (En detalle, las bobinas de un yugo de deflexión se extienden a cierta distancia más allá del cuello del tubo y se sitúan cerca de la base del bulbo; tienen una apariencia muy característica).
En un tubo de cámara con enfoque magnético (existen vidicones con enfoque electrostático), las bobinas de deflexión vertical se encuentran por encima y por debajo del tubo, en lugar de estar a ambos lados. Podría decirse que este tipo de deflexión comienza a crear curvas en forma de S en las líneas de fuerza, pero no llega ni de lejos a ese extremo.
Tamaño
El tamaño de los tubos de las cámaras de vídeo se define simplemente como el diámetro exterior total de la envoltura de vidrio. Este valor difiere del tamaño del área sensible del objetivo, que suele ser dos tercios del diámetro total. Por razones históricas, el tamaño de los tubos siempre se expresa en pulgadas. Un tubo de cámara de una pulgada tiene un área sensible de aproximadamente dos tercios de pulgada en diagonal, o unos 16 mm.
Aunque el tubo de la cámara de vídeo está tecnológicamente obsoleto , el tamaño de los sensores de imagen de estado sólido todavía se expresa como el tamaño equivalente de un tubo de cámara. Para este propósito se acuñó un nuevo término, conocido como formato óptico . El formato óptico es aproximadamente la diagonal real del sensor multiplicada por 3/2 . El resultado se expresa en pulgadas y, por lo general, aunque no siempre, se redondea a una fracción conveniente (de ahí la aproximación). Por ejemplo, un sensor de 6,4 mm × 4,8 mm (0,25 pulg. × 0,19 pulg.) tiene una diagonal de 8,0 mm (0,31 pulg.) y , por lo tanto, un formato óptico de 8,0 × 3/2 = 12 mm ( 0,47 pulg . ) , que se redondea a la conveniente fracción imperial de 1/2 pulgada (13 mm ) . El parámetro es también la fuente de la denominación "Four Thirds" en el sistema Four Thirds y su extensión Micro Four Thirds : el área de imagen del sensor en estas cámaras es aproximadamente la de un tubo de videocámara de 4/3 de pulgada (3,4 cm) a aproximadamente 22 milímetros ( 0,87 pulgadas ) . [ 166 ]
Aunque el tamaño del formato óptico no guarda relación con ningún parámetro físico del sensor, su uso implica que un objetivo que se habría utilizado con (por ejemplo) un tubo de cámara de 4/3 de pulgada proporcionará aproximadamente el mismo ángulo de visión cuando se utilice con un sensor de estado sólido con un formato óptico de 4/3 de pulgada.
Uso tardío y declive
La vida útil de la tecnología de videotubos se extendió hasta la década de 1990, cuando se utilizaron videotubos de alta definición de 1035 líneas en el sistema de transmisión MUSE HD inicial. Si bien se probaron CCD para esta aplicación, en 1993 las emisoras aún los consideraban inadecuados debido a problemas para lograr la alta resolución necesaria sin comprometer la calidad de la imagen y con efectos secundarios indeseables. [ 167 ]
Los modernos sensores basados en dispositivos de carga acoplada (CCD) y CMOS ofrecen muchas ventajas sobre sus homólogos de tubo. Estas incluyen la ausencia de retardo de imagen, una alta calidad de imagen general, alta sensibilidad a la luz y rango dinámico, una mejor relación señal-ruido y una fiabilidad y robustez significativamente mayores. Otras ventajas incluyen la eliminación de las respectivas fuentes de alimentación de alto y bajo voltaje necesarias para el haz de electrones y el filamento calefactor , la eliminación del circuito de control para las bobinas de enfoque, la ausencia de tiempo de calentamiento y un consumo de energía general significativamente menor. A pesar de estas ventajas, la aceptación e incorporación de sensores de estado sólido en cámaras de televisión y vídeo no fue inmediata. Los primeros sensores tenían menor resolución y rendimiento que los tubos de imagen, y en un principio se relegaron a equipos de grabación de vídeo de consumo. [ 167 ]
Además, los tubos de vídeo habían alcanzado un alto nivel de calidad y eran equipo estándar para las cadenas de televisión y las productoras. Estas últimas habían invertido considerablemente no solo en cámaras de tubo, sino también en el equipo auxiliar necesario para procesar correctamente el vídeo grabado con tubos. La transición a sensores de imagen de estado sólido dejó obsoleto gran parte de ese equipo (y las inversiones asociadas), y requirió la incorporación de nuevo equipo optimizado para funcionar correctamente con sensores de estado sólido, ya que el equipo antiguo estaba optimizado para vídeo grabado con tubos.
Debido a su relativa insensibilidad a la radiación, en comparación con los dispositivos basados en semiconductores, los tubos de las cámaras de vídeo todavía se utilizan ocasionalmente en entornos con alta radiación, como las centrales nucleares.
Véase también
Referencias
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Enlaces externos
- Orthicon: Breve historia, descripción y diagrama.
- El sitio del tubo de rayos catódicos
- Tecnología CCD: una breve historia
- El museo de la televisión alemana con mucho conocimiento (en alemán)
- La mayoría de los tubos de televisión fueron mostrados y explicados detalladamente (en alemán).
- Tecnología de televisión
- tubos de vacío