دریافت نور در خلاء: جادوی دوربین ‌های فیلم ‌برداری لوله ‌ای

کاوش در دنیای دوربین‌ها به خصوص برای علاقه‌مندان به هک و تکنولوژی جذاب و عجیب است. بیش از یک قرن از تولید اولین دوربین می‌گذرد و انواع مختلفی از آن‌ را می‌توان با هزینه‌ای نسبتاً کم تهیه کرد. من کلکسیونی از دوربین‌ها دارم که شاید بهتر باشد درباره تعدادشان صحبت نکنم. دوربین‌هایی که من دارم عمدتاً دوربین‌های فیلمی و دوربین‌های فیلم‌برداری ۸ میلی‌متری هستند اما یکی دو مورد از آن‌ها کاملاً فرق دارند.

علاقه من به الکترونیک از تلویزیون‌های PAL شروع شد، بنابراین تعجبی ندارد که چند دوربین ویدئویی قدیمی و سنگین با لوله‌های خلأ نیز در این مجموعه داشته باشم این دستگاه‌ها مدت‌هاست که جای خود را به تکنولوژی‌های پیشرفته‌تر و قطعات حالت جامد داده‌اند اما برای من همچنان جذابیت خاصی دارند. برای من، این دوربین‌ها تداعی‌کننده تلویزیون‌های CRT هستند که خیلی خوب آن‌ها را می‌شناسم. حال وقت آن است که در این دنیای آنالوگ که هم پیچیده است و هم زیبا غرق شویم و بیشتر درباره سحر و جادوی آن بدانیم.

الکترون‌ها نور را دنبال می‌کنند و نور هم الکترون‌ها را دنبال می‌کند

نحوه عملکرد اکثر لوله‌های دوربین‌های الکترونیکی (به جز برخی از مدل‌های بسیار قدیمی) به این صورت است که یک تفنگ الکترونی، یک رستر از الکترون‌ها را روی یک هدف حساس به نور می‌تاباند. جریان عبوری از این پرتوی الکترونی به نسبت شدت نور در هر نقطه از هدف تغییر می‌کند. در واقع شدت سیگنال بر اساس میزان نور دریافت ‌شده تغییر می‌کند. از این جریان می‌توان برای تولید ولتاژی استفاده کرد که وقتی با پالس‌های همگام‌سازی مختلف ترکیب می‌شود، یک سیگنال ویدئویی تولید می‌کند که روی یک مانیتور قابل نمایش است. این لوله‌ها انواع مختلفی از جمله آیکونو‌سکوپ، امیترون یا ویدیکون دارند.

تفاوت‌ اصلی بین این نوع لوله‌ها در ترکیب مواد و طراحی آن‌ها بر اساس هدف مورد نظر است. این لوله‌ها به مرور پیشرفته‌تر شدند و حساسیت آن‌ها ارتقا یافت و نویز در آن‌ها کاهش یافت. در ابتدا، لایه‌های حساس به نور که نور را به الکترون تبدیل می‌کردند با لایه‌هایی ترکیب شدند که موجب الکترون‌ها می‌شدند. این کار به روشی شبیه به لوله‌های فوتو‌مولتی‌پلایر (دستگاهی که نور ضعیف را به سیگنال الکتریکی قوی‌تر تبدیل می‌کند) انجام می‌شد.

به عبارتی این کار باعث شد که سیگنال ویدئویی تقویت شود و تصاویر واضح‌تر و روشن‌تر شوند. پس از آن از اهداف فوتو‌رسانا استفاده شد. این اهداف بسته به میزان نور تابیده ‌شده در یک نقطه خاص، رسانایی خود را تغییر می‌دهند؛ یعنی اگر نوری به یک نقطه از هدف تابیده می‌شد، آن نقطه رساناتر می‌شد و اگر تاریک بود، رسانایی آن کاهش می‌یافت. این تغییر سبب شد که دوربین بتواند شدت نور را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند و در نتیجه تصاویر بهتر و کم‌نویزتری حاصل شد.

یک الگوی اسکن رستر

وقت آن رسیده که به سراغ دوربین‌های واقعی برویم

یکی از دوربین‌های لوله‌ای که من مدت‌ها است در مجموعه‌ام دارم، احتمالاً بهترین گزینه برای باز کردن و مشاهده قطعات داخلی آن است. این دوربین در واقع یک دوربین امنیتی RCA متعلق به اواسط دهه ۱۹۸۰ است. این دوربین که بدنه محکمی دارد، در ایالات متحده ساخته شده و مدل 625-line آن برای بازار اروپا طراحی شد. وقتی آن را باز می‌کنید، ذهن شما به سمت مانیتورهای CRT می‌رود: همان پنل‌های انحراف و سیگنال را در این دوربین هم خواهید دید.

بالای آن، یک پنل مولد همگام‌سازی (Sync Generator) قرار دارد که بسیار پیچیده‌تر از یک جفت نوسان‌ساز ساده است. این پنل پر از مدارهایی است که زمان‌بندی‌های استاندارد همگام‌سازی شامل فیلدهای فرد و زوج را تولید می‌کنند. وقتی این پنل را بردارید، لوله ویدیکون را مشاهده می‌کنید. این لوله یک هدف فوتو‌رسانا دارد که در میان کویل‌های مغناطیسی تمرکز و انحراف قرار گرفته است. این دوربین، مونوکروم (سیاه و سفید) است که همین باعث شده بررسی قطعات آن ساده‌ باشد. در واقع، همه چیز آن‌قدر سر راست و شفاف است که به‌راحتی می‌توان اصول کار آن را درک کرد.

لوله ویدیکون در دوربین RCA

معمولاً برای بررسی یک دوربین ویدئویی رنگی آنالوگ باید کار را با یک دیاگرام از مسیر نور آغاز کنیم. در این مسیر نور به واسطه چند منشور (beam splitters) تقسیم می‌شود و سپس از فیلترهایی عبور می‌کند که آن را به سه تصویر جداگانه قرمز، سبز و آبی تجزیه می‌کنند. سپس این تصاویر به سه لوله مختلف منتقل می‌شوند. خروجی این روش نمایش تصاویری با کیفیت بالا در تلویزیون بود.

با این حال پیاده‌سازی این روش بسیار پیچیده و پرهزینه بود. در دهه ۱۹۷۰، با ظهور تجهیزات ویدئویی رنگی خانگی، نیاز بود که دوربین‌ها ساده‌تر و ارزان‌تر باشند؛ بنابراین، تولیدکنندگان به دوربین‌های رنگی طراحی کردند که فقط یک لوله داشتند. در این دوربین‌های تک‌لوله‌ای به‌جای سیستم پیچیده سه‌لوله‌ای، از لوله‌های خاصی با فیلترهای نوار RGB (قرمز، سبز و آبی) بر روی سطح هدف استفاده می‌شد.

در این نوع دوربین‌ها، مانند آنچه در لوله‌های Panasonic Newvicon استفاده می‌شود، تفکیک رنگ‌ها با توجه به شدت سیگنال‌های قرمز، سبز و آبی صورت می‌گیرد. با اینکه این دوربین‌ها قادر به تولید تصاویر رنگی بودند اما کیفیت آن‌ها به هیچ‌وجه به اندازه تصاویر با کیفیت پخش تلویزیونی نبود. در واقع این دوربین‌ها رنگ‌های مختلفی را نشان می‌دادند اما وضوح و شفافیت تصویر آن‌ها به طور قابل‌ملاحظه‌ای پایین‌تر بود.

فناوری دوربین رنگی یک ‌لوله‌ای از دستاوردهای مهم ماتسوشیتا بود

به نظر نمی‌رسد که در سال ۲۰۲۴، دلایل زیادی برای استفاده از دوربین‌های لوله‌ای وجود داشته باشد؛ مگر اینکه مثل من در جست و جوی یک زیبایی خاص باشید. با این حال، این دوربین‌ها هنوز هم یک وسیله جالب و البته فراموش‌شده در دنیای الکترونیک هستند که می‌توان با آن‌ها آزمایش‌های مختلفی انجام داد. پس اگر یکی از آن‌ها را دیدید، حتماً آن را بررسی کنید.

هر قسمت از تلویزیون آنالوگ به گونه‌ای طراحی شده که در هماهنگی کامل با بخش‌های دیگر است. تصور کنید که همه تلویزیون‌های یک کشور روی یک کانال خاص تنظیم شده‌اند و همه آن‌

ها با دقتی در حد یک میکروثانیه هم‌زمان عمل می‌کنند و این چیزی نیست جز زیبایی و یک هماهنگی شگفت‌انگیز. هر چند اینکه فکر کنیم همه یک برنامه را به طور همزمان تماشا می‌کنند، امروزه کمی مضحک به نظر می‌رسد.

منبع : hackaday