Диск Ніпкова

Ця схема показує кругові шляху отворів в диску Ніпкова

Диск Ніпкова ( англ. Nipkow disk ) - Механічний пристрій для сканування зображень, винайдене Паулем Ніпкова в 1884 [1]. Цей диск був невід'ємною частиною багатьох систем механічного телебачення аж до 1930-х років.


1. Пристрій диска

Пристрій являє собою простий обертовий диск з будь-якого непрозорого матеріалу (метал, пластик, картон і т. п.) з рядом отворів однакового діаметру на рівному кутовому відстані один від одного.

Отвори розташовуються по спіралі в один оборот, починаючи від зовнішнього краю диска і закінчуючи в центрі, як це зроблено в грамофонної платівці. При обертанні диска отвори рухаються по кругових траєкторіях, залежних від розташування конкретного отвори на диску.

Ці траєкторії можуть частково перетинатися в деяких варіантах виконання диска.


2. Принцип роботи

В основному, диск Ніпкова використовується в конструкції механічних телевізорів як при скануванні зображення, так і для його відображення. Об'єктив, що знаходиться перед диском, проектує зображення об'єкта зйомки прямо на диск [2]. Кожний отвір спіралі при русі утворює практично горизонтальне (на окремій ділянці диска) отвір, через який проходить світло від певної ділянки об'єкта і потрапляє на фотоприймач. Якщо цей приймач з'єднати з джерелом світла (на практиці часто використовувалися неонові лампи, а в наш час надяскраві світлодіоди), розміщеного позаду другого диска Ніпкова, що обертається з такою ж швидкістю і напрямом як і перший, то в результаті можна побачити оригінальне зображення, відтворене порядково.

Якщо спостерігати об'єкт через обертовий диск Ніпкова, через відносно невеликий сектор (не більше 90 ), можна помітити, що видимий об'єкт сканується порядково зверху вниз. Зазвичай диск майже повністю закривається непрозорим матеріалом, залишаючи для огляду тільки отвір у формі сектора диска або ж прямокутне. При дуже швидкому обертанні диска спостережуваний об'єкт можна побачити повністю.

Оскільки на диску можна розмістити обмежена кількість отворів, дозвіл у переданого за допомогою диска зображення було досить низьким - частіше всього близько 30 ліній, зрідка до 120. Існувало кілька стандартів розкладання, які використовували розгортку до 200 ліній. Одна з таких систем з високою роздільною здатністю (180 ліній) використовувалася в Канаді підприємством Peck Television на станції VE9AK.


3. Переваги

Одне з небагатьох переваг диска Ніпкова полягає в тому, що фотоприймач, що знаходиться за диском, може бути досить простим, наприклад, один фоторезистор або фотодіод. Це гідність випливає з принципу роботи диска - в кожен конкретний момент часу через диск проходить світло тільки від однієї точки ( пікселя) і розкладання зображення на окремі лінії відбувається автоматично, причому з досить високою роздільною здатністю по горизонталі.

Простий пристрій для сканування зображення може бути зібрано з двигуна, що обертає диск Ніпкова, невеликого контейнера з одним фотоелектричним елементом і звичайним об'єктивом для проектування зображення.

Інше достоїнство пристроїв, що використовують диск Ніпкова полягає в подобі пристрої для отримання зображення (камери) і пристрої для відображення зображення. Фактично, вони відрізняються тільки елементом, розташованим за диском: у першому випадку це фотоелектричний елемент, у другому - джерело світла, керований камерою. Звичайно ж, крім цього бажані кошти для синхронізації обертання дисків (починаючи від ручного підстроювання і закінчуючи електронними схемами).

Завдяки своїм перевагам диск Ніпкова ліг в основу конструкції механічного телевізора Джона Берда в 1920-х роках.


4. Недоліки

На відміну від горизонтального дозволу, який у дисків Ніпкова потенційно дуже високе, вертикальне дозвіл обмежене загальною кількістю отворів на диску, яких зазвичай від 30 до 100, рідше до 200.

Ще одним серйозним недоліком був невеликий розмір відтворюваних зображень, який був по висоті не більше ніж ширина поверхні диска, використаної при скануванні. На практиці в механічному телебаченні для відтворення зображення розміром з поштову марку використовувався диск діаметром в 30 - 40 см.

Будь-яке отвір, навіть на відносно невеликій ділянці видимого екрану рухається не горизонтально, а по радіальної траєкторії. Це є причиною геометричних спотворень переданого зображення, що також є недоліком диска Ніпкова. Частково цю проблему можна вирішити використовуючи диски досить великого діаметру, або зменшивши розмір екрану - в цьому випадку кривизна траєкторій буде зменшуватися. Інший варіант рішення проблеми - робити отвори в диску менше і ближче до зовнішнього краю диска.

Фактично, диски Ніпкова, що використовувалися в перших телевізорах, мали діаметр в 30 - 50 см і 30 - 50 отворів. Пристрої, що використали диски були гучними, важкими. Якість зображення було дуже низьким з частими мерехтіннями.

Для сторони, яка передає ситуація не була краще - з причини низької чутливості використовуваних фотоелектричних елементів, було потрібно дуже сильне освітлення об'єкту зйомки.


5. Застосування

Крім згадуваного вже механічного телебачення диски Ніпкова використовуються в потужних оптичних мікроскопах - конфокальних мікроскопах.

Іноді мініатюрні і високошвидкісні диски використовуються в швидкісній фотографії.

Примітки

  1. А. Юровський Від перших дослідів - до регулярного телемовлення - www.tvmuseum.ru/catalog.asp?ob_no=4622. Музей телебачення і радіо в Інтернеті. Статичний - www.webcitation.org/6BSjv7wP4 з першоджерела 16 жовтня 2012.
  2. Phillipe Jadin The Nipkow Disc - users.swing.be / philippe.jadin / nipkowdisk.htm (Англ.) . Beginner's robotic. Статичний - www.webcitation.org/6BV693iba з першоджерела 18 жовтня 2012.