Диск Нипкова - Nipkow disk

Схема, показывающая круговые траектории, прорисованные отверстиями в диске Нипкова

А Диск Нипкова (иногда на английском языке как диск Нипкова; запатентован в 1884 г.), также известный как сканирующий диск, представляет собой механический, вращающийся, геометрически действующий сканирование изображений устройство, запатентованное в 1885 г. Пол Готтлиб Нипков.[1] Этот сканирующий диск был основным компонентом в механическое телевидение, а значит, и первый телевизоры, через 1920-е и 1930-е годы.[2]

Операция

Устройство представляет собой механически вращающийся диск из любого подходящего материала (металл, пластик, картон и т. Д.) С рядом расположенных на одинаковом расстоянии круглых отверстий одинаковой длины. диаметр просверлил в нем. Отверстия также могут быть квадратными для большей точности. Эти отверстия расположены таким образом, чтобы образовать однооборотный спираль начиная с внешней радиальной точки диска и продолжая к центру диска. Когда диск вращается, отверстия образуют круговые кольцевые узоры с внутренним и внешним диаметр в зависимости от положения каждого отверстия на диске и толщины, равной диаметру каждого отверстия. Узоры могут частично перекрываться, а могут и не перекрываться, в зависимости от точной конструкции диска. Линза проецирует изображение сцены прямо на диск.[3] Каждое отверстие в спирали представляет собой «срез» изображения, которое воспринимается датчиком как временной узор света и тьмы. Если датчик предназначен для управления светом позади второго диска Нипкова, синхронно вращающегося с той же скоростью и в том же направлении, изображение будет воспроизводиться построчно. Размер воспроизводимого изображения снова определяется размером диска; диск большего размера дает изображение большего размера.

При вращении диска при наблюдении за объектом «сквозь» диск, желательно через относительно небольшой круговой сектор диска ( область просмотра ), например, угловой четверти или восьмой части диска, объект кажется "отсканированным" построчно, сначала по длине, или высоте, или даже по диагонали, в зависимости от того, какой именно сектор выбран для наблюдения. Если вращать диск достаточно быстро, объект кажется целым и захватывающим движение становится возможным. Это можно интуитивно понять, закрыв весь диск, кроме небольшой прямоугольной области, черным картоном (который остается неподвижным), вращая диск и наблюдая за объектом через небольшую область.

Преимущества

Одним из преимуществ использования диска Nipkow является то, что образ датчик (то есть устройство, преобразующее свет в электрические сигналы) может быть таким же простым, как один фотоэлемент или фотодиод, так как в каждый момент только очень небольшая область видна через диск (и окно просмотра), и поэтому разложение изображения на строки выполняется почти само по себе с небольшой потребностью в синхронизации строк и очень высокой строкой развертки разрешающая способность. Простое устройство сбора данных может быть построено с использованием электродвигателя, приводящего в движение диск Нипкова, небольшой коробки, содержащей единственный светочувствительный (электрический) элемент и обычное устройство фокусировки изображения (линза, темная коробка, так далее.).

Другое преимущество состоит в том, что приемное устройство очень похоже на устройство для сбора данных, за исключением того, что светочувствительное устройство заменено переменным источником света, управляемым сигналом, обеспечиваемым устройством сбора данных. Также необходимо разработать некоторые средства синхронизации дисков на двух устройствах (возможны несколько вариантов, от ручных до электронных управляющих сигналов).

Эти факты очень помогли в создании первых механическое телевидение выполненный шотландским изобретателем Джон Логи Бэрд, а также первые сообщества «ТВ-энтузиастов» и даже экспериментальные имиджевые радиопередачи в 20-е годы.

Недостатки

Разрешение вдоль линии сканирования диска Нипкова потенциально очень высокое, поскольку это аналоговое сканирование. Однако максимальное количество строк развертки гораздо более ограничено и равно количеству отверстий на диске, которое на практике составляет от 30 до 100, с редкими тестированными дисками с 200 отверстиями.

Еще один недостаток диска Нипкова как сканирование изображений устройство: развертки не прямые линии, а скорее кривые.Таким образом, идеальный диск Нипкова должен иметь либо очень большой диаметр, а значит, и меньший диаметр. кривизна, или очень узкий угловатый открытие окна просмотра. Другой способ получить приемлемые изображения - просверлить отверстия меньшего размера (миллиметровые или даже миллиметровые). микрометр шкалы) ближе к внешним секторам диска, но технологическая эволюция способствовала электронный средства получения изображения.

Другой серьезный недостаток заключался в воспроизведении изображений на приемном конце передачи, что также было выполнено с помощью диска Нипкова. Изображения обычно были очень маленькими, размером с поверхность, используемую для сканирования, что с практической реализацией механическое телевидение, были размером с почтовую марку в случае диска диаметром от 30 до 50 см.

К дополнительным недостаткам можно отнести нелинейную геометрию сканированных изображений и непрактичный размер диска, по крайней мере, в прошлом. Диски Нипкова, использовавшиеся в первых телевизионных приемниках, имели диаметр от 30 до 50 см и имели от 30 до 50 отверстий. Используемые ими устройства также были шумными и тяжелыми, с очень низким качеством изображения и большим количеством мерцания. Приемная часть системы была не намного лучше, требуя очень мощного освещения объекта.

Сканеры дисков разделяют основное ограничение с Farnsworth анализатор изображений. Свет передается в сенсорную систему, когда маленькая апертура сканирует все поле зрения. Фактическое количество собираемого света происходит мгновенно и проходит через очень маленькую апертуру, а общий выход составляет лишь микроскопический процент падающей энергии.

Иконоскопы (и их последователи) непрерывно накапливают энергию на цели, тем самым интегрируя энергию с течением времени. Система сканирования просто «снимает» накопленный заряд, проходя мимо каждого участка цели. Простые расчеты показывают, что для одинаково чувствительных светочувствительных рецепторов иконоскоп в сотни или тысячи раз более чувствителен, чем диск или сканер Фарнсворта.

Сканирующий диск можно заменить многоугольным зеркалом, но это имеет ту же проблему - отсутствие интеграции с течением времени.

Приложения

Помимо вышеупомянутого механического телевидения, которое так и не стало популярным по упомянутым выше практическим причинам, диск Нипкова используется в одном типе конфокальный микроскоп, мощный оптический микроскоп.

использованная литература

  1. ^ "Das erste deutsche Fernsehpatent von Paul Nipkow". PC Magazin. 30 июня 2015 г.. Получено 28 апреля 2017.
  2. ^ "Нипков-Шайбе". Deutsches Patent- und Markenamt (на немецком). 19 ноября 2019 г.. Получено 29 марта 2020.
  3. ^ "Диск Нипкова". Users.swing.be. Архивировано из оригинал на 2012-10-18. Получено 2010-03-02.

внешние ссылки