Disk Nipkow - Nipkow disk

Schematické znázornění kruhových cest sledovaných otvory v Nipkowově disku

Nipkow disk (někdy Anglicized jako Nipkov disk; patentována v roce 1884), také známý jako skenování disku , je mechanický, rotující, geometricky provozu skenování obrazu zařízení, patentovaný v 1885 Paul Nipkow . Tento skenovací disk byl základní součástí mechanické televize , a tedy prvních televizí , a to ve 20. a 30. letech.

Úkon

Zařízení je mechanicky se točící disk z jakéhokoli vhodného materiálu (kov, plast, lepenka atd.), Do kterého je vyvrtána řada stejně vzdálených kruhových otvorů se stejným průměrem . Otvory mohou být pro větší přesnost také čtvercové. Tyto otvory jsou umístěny tak, aby vytvořily jednootáčkovou spirálu začínající od vnějšího radiálního bodu disku a pokračující do středu disku. Když se disk otáčí, otvory sledují kruhové kruhové vzory, přičemž vnitřní a vnější průměr závisí na poloze každého otvoru na disku a tloušťce rovné průměru každého otvoru. Vzory se mohou, ale nemusí částečně překrývat, v závislosti na přesné konstrukci disku. Objektiv promítá obraz scény před ní přímo na disk. Každá díra ve spirále prochází „řezem“ obrazem, který je senzorem zachycen jako dočasný vzor světla a tmy. Pokud je senzor vyroben tak, aby řídil světlo za druhým Nipkowovým diskem rotujícím synchronně stejnou rychlostí a ve stejném směru, bude obraz reprodukován řádek po řádku. Velikost reprodukovaného obrazu je opět určena velikostí disku; větší disk vytvoří větší obrázek.

Při otáčení disku při pozorování objektu „skrz“ disk, nejlépe přes relativně malý kruhový sektor disku ( výřez ), například úhlovou čtvrtinu nebo osminu disku, se objekt jeví jako „naskenovaný“ řádek po řádku , nejprve délkou nebo výškou nebo dokonce úhlopříčně, v závislosti na přesném sektoru zvoleném pro pozorování. Otáčením disku dostatečně rychle se objekt zdá být úplný a je možné zachytit pohyb . To lze intuitivně pochopit tak, že celý disk kromě malé obdélníkové oblasti zakryjete černou lepenkou (která zůstane pevná), roztočíte disk a budete pozorovat objekt přes malou oblast.

Výhody

Jednou z výhod používání disku Nipkow je to, že obrazový snímač (tj. Zařízení převádějící světlo na elektrické signály) může být stejně jednoduché jako jediná fotobuňka nebo fotodioda , protože v každém okamžiku je viditelná jen velmi malá oblast disk (a výřez), a tak se rozložení obrazu na řádky provádí téměř samo o sobě, s malou potřebou časování skenování a velmi vysokým rozlišením skenování . Jednoduché zařízení pro snímání lze vytvořit pomocí elektrického motoru pohánějícího disk Nipkow, malé skříňky obsahující jeden na světlo citlivý (elektrický) prvek a konvenčního zařízení pro zaostřování obrazu (čočka, tmavá skříň atd.).

Další výhodou je, že přijímací zařízení je velmi podobné přijímacímu zařízení, kromě toho, že zařízení citlivé na světlo je nahrazeno proměnným zdrojem světla, poháněným signálem poskytovaným přijímacím zařízením. Musí být také navrženy některé způsoby synchronizace disků na obou zařízeních (je možné několik možností, od ručních po elektronické řídicí signály).

Tato fakta nesmírně pomohla při budování první mechanické televize, kterou dosáhl skotský vynálezce John Logie Baird , stejně jako prvních komunit „TV nadšenců“ a dokonce experimentálního rozhlasového vysílání obrazu ve 20. letech 20. století.

Nevýhody

Rozlišení podél linie skenování disku Nipkow je potenciálně velmi vysoké, což je analogové skenování. Maximální počet řádků skenování je však mnohem omezenější, což se rovná počtu otvorů na disku, který se v praxi pohyboval od 30 do 100, přičemž byly testovány vzácné disky s 200 otvory.

Další nevýhoda disku Nipkow jako zařízení pro skenování obrázků : skenovací řádky nejsou přímé čáry, ale spíše křivky . Ideální disk Nipkow by tedy měl mít buď velmi velký průměr, což znamená menší zakřivení , nebo velmi úzký úhlový otvor výřezu. Dalším způsobem, jak vytvořit přijatelné obrazy, by bylo vyvrtat menší otvory (v milimetrovém nebo dokonce mikrometrickém měřítku) blíže k vnějším sektorům disku, ale technologický vývoj upřednostňoval elektronické prostředky pro získávání obrazu.

Další významná nevýhoda spočívala v reprodukci obrazů na přijímacím konci přenosu, čehož bylo dosaženo také pomocí disku Nipkow. Obrazy byly typicky velmi malé, stejně malé jako povrch používaný pro skenování, který měl při praktických implementacích mechanické televize velikost poštovní známky v případě disku o průměru 30 až 50 cm.

Mezi další nevýhody patří nelineární geometrie naskenovaných obrazů a nepraktická velikost disku, alespoň v minulosti. Disky Nipkow používané v časných televizních přijímačích měly průměr přibližně 30 cm až 50 cm a 30 až 50 otvorů. Zařízení, která je používala, byla také hlučná a těžká s velmi nízkou kvalitou obrazu a velkým blikáním. Akviziční část systému nebyla o moc lepší a vyžadovala velmi silné osvětlení objektu.

Diskové skenery sdílejí hlavní omezení s disektorem obrazu Farnsworth . Světlo je přenášeno do snímacího systému, když malá clona skenuje celé zorné pole. Skutečné množství shromážděného světla je okamžité, k němuž dochází při velmi malém otvoru, a čistý výtěžek je pouze mikroskopickým procentem dopadající energie.

Ikonoskopy (a jejich nástupci) akumulují energii na cíl nepřetržitě, čímž energii v průběhu času integrují. Skenovací systém jednoduše „vybere“ nahromaděný náboj, když projde kolem každého stanoviště cíle. Jednoduché výpočty ukazují, že pro stejně citlivé fotocitlivé receptory je ikonoskop stokrát až tisíckrát citlivější než disk nebo Farnsworthova skener.

Skenovací disk může být nahrazen polygonálním zrcadlem, ale to trpí stejným problémem - nedostatečnou integrací v průběhu času.

Aplikace

Kromě výše zmíněné mechanické televize, která se z výše uvedených praktických důvodů nestala populární, se v jednom typu konfokálního mikroskopu , výkonném optickém mikroskopu, používá disk Nipkow .

Reference

externí odkazy