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아이코노스코프

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목차

1. 개요

아이코노스코프는 1930년대에 개발된 초기 텔레비전 카메라 튜브로, 전하 저장 기술을 사용하여 영상을 생성했다. 운모판에 감광성 과립을 증착하여 빛의 강도에 따라 전하를 저장하고, 전자빔으로 스캔하여 비디오 신호를 생성하는 방식으로 작동한다. 헝가리 엔지니어 칼만 티하니가 전하 저장 기술을 처음 도입했으며, 블라디미르 즈보리킨과 샌포드 에시그가 아이코노스코프 개발에 기여했다. 아이코노스코프는 1936년부터 1946년까지 미국 방송에서 널리 사용되었으나, 이후 이미지 오쏘콘 튜브로 대체되었다.

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아이코노스코프
개요
아이코노스코프
RCA 아이코노스코프 카메라의 단면도. 1. 광학 렌즈, 2. 필름 "모자이크", 3. 스캐닝 전자총, 4. 전자빔
종류진공관
발명가블라디미르 즈보리킨
발명 연도1923년
특허 등록1935년
작동 방식광전 효과
전하 축적
전자빔 스캔
상세 정보
용도텔레비전 카메라
이전 기술니프코프 원반
대체 기술오르티콘
비디콘
이미지 오르티콘
특징높은 광 감도
비교적 간단한 구조
단점이미지 잔상
낮은 해상도
빔 벤딩
개발 배경초기 전자식 텔레비전 시스템 개발의 핵심 부품
작동 원리빛을 전기 신호로 변환하는 광전 효과 이용
미세한 광전 표면에 빛을 투사하여 전하 축적
전자빔으로 표면을 스캔하여 전기 신호를 순차적으로 읽어냄
주요 구성 요소광전 표면 (모자이크)
전자총
편향 코일
역사적 의의최초의 실용적인 텔레비전 카메라 튜브 중 하나
사용 예시초기 텔레비전 방송 시스템
1936년 베를린 올림픽 중계
참고 자료미국 특허 1691324
미국 특허 2022450
관련 인물필로 판즈워스
추가 정보
기타 카메라 튜브비디콘
플럼비콘
사티콘
이미지 오르티콘

2. 작동 원리



아이코노스코프는 빛에 민감한 광전 물질이 도포된 운모판(모자이크)과 전자총으로 구성된다. 아이코노스코프는 전자총을 사용하여 먼저 판을 충전하고, 과립에 전하를 증착한다. 어두운 곳에서는 전하가 서서히 감소하지만, 빛에 노출되면 감광성 코팅은 은에 저장된 전하에 의해 전자를 방출한다. 이때 방출률은 빛의 강도에 비례하여 증가한다. 이 과정을 통해 판은 저장된 전하가 해당 위치의 이미지 평균 밝기의 역수를 나타내는 시각적 이미지의 전기적 아날로그를 형성한다.

수집기 링은 광전 효과 과정에서 과립에서 방출되는 전자를 수집하는 데에도 사용된다. 전자총이 어두운 영역을 스캔하면, 스캔된 과립에서 직접 방출되는 전자는 거의 없지만, 모자이크의 나머지 부분도 그 시간 동안 수집될 전자를 방출한다. 결과적으로 이미지의 검은색 수준은 이미지의 평균 밝기에 따라 변동하여 아이코노스코프 특유의 얼룩덜룩한 시각 스타일을 갖게 된다. 이는 주로 이미지를 지속적이고 매우 밝게 유지함으로써 해결되었다. 이 때문에 실내 촬영 장면과 좋은 조명 조건에서 야외 촬영 장면 사이에 명확한 시각적 차이가 나타났다.

전자총과 이미지 자체 모두 관의 같은 쪽에 초점을 맞춰야 하므로 구성 요소의 기계적 배열에 주의해야 한다. 아이코노스코프는 평평한 끝을 가진 원통형 관 내부에 모자이크가 장착되었고, 판은 한쪽 끝 앞에 배치되었다. 기존 영화 카메라 렌즈가 다른 쪽 끝 앞에 배치되어 판에 초점을 맞추었다. 전자총은 렌즈 아래에 배치되어 각도를 이루도록 기울어져 판을 향했다. 이러한 배열은 렌즈와 전자총이 모두 이미징 플레이트 앞에 위치하여 시스템을 상자 모양의 인클로저에 구획화하고 렌즈를 케이스 내부에 완전히 배치할 수 있다는 장점이 있다.[2][13]

각 스캔 주기 동안 광전하의 축적 및 저장은 비저장식 이미지 스캔 장치에 비해 아이코노스코프의 전기 출력을 크게 증가시켰다. 1931년 버전에서는 전자빔이 과립을 스캔했고,[13] 1925년 버전에서는 전자빔이 이미지 판의 뒷면을 스캔했다.[2]

2. 1. 모자이크의 구조

아이코노스코프의 주요 영상 형성 요소는 전기적으로 절연된 접착제를 사용하여 정면에 감광성 과립이 증착된 운모판이었다. 과립은 주로 세슘 또는 산화세슘으로 코팅된 은 알갱이로 만들어졌다. 과립 반대쪽, 즉 운모판 뒷면은 얇은 은막으로 덮여 있었다. 판 뒷면의 은과 과립 내 은 사이의 간격 때문에 개별 축전기가 형성되어 전하를 저장할 수 있었다. 이들은 보통 작은 점으로 증착되어 픽셀을 생성했다. 이 전체 시스템을 "모자이크"라고 불렀다.[2][13]

2. 2. 전하 축적 및 영상 신호 생성

전자총에서 방출된 전자빔이 모자이크를 주사(스캔)하면서 과립에 전하를 충전한다. 빛에 노출된 과립은 광전 효과에 의해 전자를 방출하며, 방출되는 전자의 양은 빛의 세기에 비례한다. 전자빔이 다시 모자이크를 스캔할 때, 과립에 남아있는 전하는 빔에 의한 재충전을 방해한다. 빔 에너지는 과립에 의해 저항되는 전하가 관찰자 링(화면 주위에 배치된 금속 링)에 의해 수집되는 관으로 다시 반사되도록 설정된다.[2] 증폭되고 반전되어 양의 비디오 신호를 나타내는 신호는 관찰자 링에 의해 수집되는 전하이다.

2. 3. 키스톤 왜곡 보정

전자총이 화면에 비해 기울어져 있어 화면 이미지가 직사각형이 아닌 키스톤 모양으로 나타나는 왜곡 현상이 발생한다. 또한 전자가 화면 상단에 도달하는 시간이 하단보다 길어 시간차에 의한 왜곡도 발생한다. 이러한 키스톤 왜곡은 카메라의 전자 장치가 스캔 속도를 조절하여 보정한다.[15]

3. 새로운 물리적 현상의 발견

칼만 티하니는 '저장 원리'에 광전도 효과라는 새로운 물리적 현상이 포함되어 있음을 발견했다.[14] 그는 1925년 5월 3일 "전기 텔레비전에 관하여"라는 기사에서, 실험 중에 "광학적 효과와 전기적 효과가 실질적으로 동시에 일어나는" 새로운 물리적 현상을 발견했으며, 이를 통해 매우 짧은 시간(1/4억 초) 동안의 변화도 추적할 수 있다고 설명했다.[14]

3. 1. 광전 효과와 저장 효과

티하니의 딸 카탈린 티하니 글래스는 아버지가 "저장 원리"에 광전도 효과라는 "새로운 물리적 현상"이 포함되어 있음을 발견했다고 적고 있다.[14] 티하니는 1925년 5월 3일 "전기 텔레비전에 관하여"라는 기사에서 "저장 원리" 또는 "저장 효과"라는 용어를 사용하지 않았지만, 실험 중에 "광학적 효과와 전기적 효과가 실질적으로 동시에 일어나는" 새로운 물리적 현상을 발견했다고 설명했다.[14]

다양한 사전과 어휘집에 따르면, 저장 텔레비전 기술에는 광전 효과(광전자 방출 효과) 외에도 광전도 및 광기전 현상이 포함된다.[14]

  • 광전도 효과: 광자가 반도체 내 p-n 접합 또는 금속-반도체 접합에 흡수될 때, 새로운 자유 전하 캐리어가 생성되는 현상이다.[14]
  • 광기전 효과: 접합 영역의 전기장이 새로운 전하 캐리어를 이동시켜 배터리 없이 외부 회로에 전류 흐름을 생성하는 현상이다.[14]


''The Concise Dictionary of Physics''는 "원래의 광전지"(광 감응성 표면에서 광전자 방출과 양극에 의한 이들의 인력을 이용)와 "광전도 및 광기전 효과를 이용하는 더 현대적인 광전지"를 구분한다.[14]

4. 역사

초기 전자식 카메라 튜브는 피사체를 스캔할 때 각 지점에서 매우 작은 빛의 조각만 인식하는 낮은 광 감도 문제가 있었고, 이는 실용적인 카메라 튜브 개발에 큰 걸림돌이었다. 1926년 헝가리 물리학자 칼만 티하니는 이 문제를 해결하기 위해 전하 저장 카메라 튜브라는 새로운 기술을 고안했으며, 이 기술은 1930년경부터 널리 알려지고 인정받게 되었다.[16]

아이코노스코프 두 개. 1849년형(위)은 스튜디오 텔레비전 카메라에 일반적으로 사용된 방식이다. 카메라 렌즈는 튜브의 투명한 "창"(오른쪽)을 통해 이미지를 초점을 맞춰 내부에 보이는 어두운 직사각형의 "타겟" 표면에 투사한다. 1847년형(아래)은 더 작은 버전이다.


이후, 여러 엔지니어들이 전하 저장 기술을 활용한 다양한 종류의 카메라 튜브를 개발하였다. 칼만 티하니의 초기 연구, 블라디미르 즈보리킨의 아이코노스코프 개발, 에미트론과 슈퍼 에미트론 등의 내용은 하위 섹션에서 자세히 다룬다.

4. 1. 칼만 티하니의 초기 연구

칼만 티하니는 1926년 전하 저장 기술을 이용한 '라디오스코프'를 발명하고 헝가리에서 특허를 출원했다.[18] 이 기술은 각 스캔 주기 동안 튜브 내부에 전하("광전자")를 축적하고 저장하는 방식으로, (이전의 텔레비전 기술의) 낮은 광 감도 문제를 해결했다.[17] 1928년 특허 출원에 추가 개선 사항이 포함되었다.[17] 티하니의 특허는 1930년 영국에서 무효화되었으나,[19] 그는 미국에서 특허를 신청했다. 티하니의 라디오스코프 특허는 유네스코에 의해 세계적으로 중요한 문서로 인정되어 2001년 9월 4일 세계 기록 유산 사업의 일부가 되었다.[18]

4. 2. 블라디미르 즈보리킨의 아이코노스코프 개발

즈보리킨은 1923년 웨스팅하우스에 완전 전자식 텔레비전 시스템을 제안했다. 1925년 7월, 즈보리킨은 스크린과 광전 물질 사이의 얇은 절연체 층으로 구성된 전하 저장판을 포함하는 "텔레비전 시스템"에 대한 특허를 출원했다.[2] 그러나 전송된 이미지의 품질은 좋지 않았고, 즈보리킨은 다른 연구를 하라는 요청을 받았다.[20] 1923년에 텔레비전 시스템에 대한 특허를 신청했지만, 이 파일은 15년 후 특허가 발행되기 전에 광범위한 개정이 이루어졌고, 1931년에 두 개의 특허로 분할되었다.[1][22]

최초의 실용적인 아이코노스코프는 1931년 샌포드 에시그가 제작했는데, 그가 실수로 은 도금 운모 시트 하나를 오븐에 너무 오래 두었기 때문이다. 현미경으로 검사한 결과, 은층이 수많은 작은 분리된 은 구체로 분해되었다는 것을 알아챘다.[23] 미국무선주식회사(RCA)의 텔레비전 개발 책임자인 즈보리킨은 1931년 11월에 특허 출원을 제출했고, 1935년에 특허가 발행되었다.[13]

4. 3. 경쟁 기술: 에미트론과 슈퍼 에미트론

1932년, 아이작 쇼엔버그의 감독하에 테드햄과 맥기는 "에미트론"이라고 부르는 새로운 장치에 대한 특허를 신청했는데, 이는 405선 방송 서비스로 1936년 알렉산드라 팰리스 스튜디오에서 시작되었고, 1937년 미국에서 특허가 발행되었다.[25]

1934년, 영국에서 루브진스키, 로다, 맥기 엔지니어들이 슈퍼 에미트론(독일에서는 슈퍼 아이코노스코프)을 개발했는데,[29][30][31] 이 새로운 장치는 원래 에미트론과 아이코노스코프보다 10배에서 15배 더 민감했으며,[32] 1937년 휴전 기념일에 BBC가 최초로 공개 방송에 사용했다.[7]

4. 4. 아이코노스코프의 상용화 및 쇠퇴

블라디미르 즈보리킨의 아이코노스코프는 1933년 6월 기자 회견에서 대중에게 공개되었고,[3] 같은 해 9월과 10월에 두 편의 자세한 기술 논문이 발표되었다.[4][5] 파인스워스의 영상 해부기와 달리, 즈보리킨의 아이코노스코프는 훨씬 더 민감했고, 4ft-c(43lx)와 20ft-c(215lx) 사이의 타겟 조명에서 유용했다. 또한 제조가 용이했고 매우 선명한 이미지를 생성했다. 아이코노스코프는 1936년부터 1946년까지 미국 방송에서 사용된 주요 카메라 튜브였으며, 이후 이미지 오쏘콘 튜브로 대체되었다.[10][11]

영국에서는 루브진스키, 로다, 맥기 엔지니어들이 1934년에 슈퍼 에미트론(독일에서는 슈퍼 아이코노스코프, 네덜란드에서는 이미지 아이코노스코프)을 개발했는데,[29][30][31] 이 새로운 장치는 원래 에미트론과 아이코노스코프보다 10배에서 15배 더 민감했으며,[32] 1937년 휴전 기념일에 BBC가 최초로 공개 방송에 사용했다.[7] 이미지 아이코노스코프는 이미지 오쏘콘이 대표하는 미국 전통과 경쟁하는 유럽 전통의 전자 튜브를 대표했다.[9][33][34]

참조

[1] 웹사이트 Television System https://patents.goog[...] United States Patent Office 1935-00-00
[2] 웹사이트 Television System https://patents.goog[...] United States Patent Office 1928-00-00
[3] 논문 Human-like eye made by engineers to televise images. 'Iconoscope' converts scenes into electrical energy for radio transmission. Fast as a movie camera. Three million tiny photo cells 'memorize', then pass out pictures. Step to home television. Developed in ten years' work by Dr. V.K. Zworykin, who describes it at Chicago. https://books.google[...] 1933-06-27
[4] 논문 The Iconoscope, America's latest television favourite https://books.google[...] 1933-09-00
[5] 논문 Television with cathode ray tubes https://books.google[...] 1933-10-00
[6] 웹사이트 Fernsehkamera – Dr. Walter Bruch und die Olympiakanone http://www.erfinderl[...] Zukunftsinitiative Rheinland-Pfalz (ZIRP) e.V.
[7] 서적 Television Innovations: 50 Technological Developments https://books.google[...] Kelly Publications
[8] 웹사이트 FAR-Röhren der Firma Heimann http://www.jogis-roe[...] Jogis Röhrenbude 2008-10-11
[9] 웹사이트 Multicon – A new TV camera tube http://www.earlytele[...] Early Television Foundation and Museum 1953-07-00
[10] 뉴스 R.C.A. Officials Continue to Be Vague Concerning Future of Television 1936-11-15
[11] 서적 The history of television, 1942 to 2000 https://books.google[...] McFarland
[12] 웹사이트 Kalman Tihanyi's 1926 Patent Application "Radioskop" http://www.unesco.or[...] UNESCO Memory of the World 2001-00-00
[13] 웹사이트 Method of and Apparatus for Producing Images of Objects https://patents.goog[...] United States Patent Office 1935-00-00
[14] 웹사이트 The Iconoscope: Kalman Tihanyi and the Development of Modern Television http://www.scitech.m[...] 2000-06-23
[15] 웹사이트 1945 RCA CRV-59AAE Iconoscope Camera http://www.labguyswo[...] LabGuy's World
[16] 서적 The Electronics Revolution: Inventing the Future https://books.google[...] Springer Nature
[17] 웹사이트 Kálmán Tihanyi (1897–1947) http://www.iec.ch/cg[...] International Electrotechnical Commission (IEC) 2009-07-15
[18] 웹사이트 Kálmán Tihanyi's 1926 Patent Application 'Radioskop' http://www.unesco.or[...] Memory of the World, United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO) 2005-00-00
[19] 웹사이트 Improvements in television apparatus http://v3.espacenet.[...] European Patent Office 1930-11-11
[20] 서적 Television: An International History of the Formative Years https://books.google[...] The Institute of Electrical Engineers (IEE)
[21] 웹사이트 The Farnsworth Chronicles, Who Invented What – and When?? http://www.farnovisi[...]
[22] 웹사이트 Television System https://patents.goog[...] United States Patent Office 1938-00-00
[23] 서적 Communications: an international history of the formative years https://books.google[...] The Institute of Electrical Engineers (IEE)
[24] 서적 Tele-visionaries: the People Behind the Invention of Television https://books.google[...] John Wiley and Sons
[25] 웹사이트 Cathode Ray Tube https://patents.goog[...] United States Patent Office 1937-00-00
[26] 웹사이트 Image Dissector http://www.google.co[...] United States Patent Office 1937-00-00
[27] 서적 Zworykin, pioneer of television https://books.google[...] University of Illinois Press
[28] 논문 Television Pickup Tubes Using Low-Velocity Electron-Beam Scanning 1939-09-00
[29] 웹사이트 Improvements in or relating to television http://v3.espacenet.[...] United Kingdom Intellectual Property Office 1936-00-00
[30] 웹사이트 Improvements in and relating to television http://v3.espacenet.[...] United Kingdom Intellectual Property Office 1936-00-00
[31] 웹사이트 Improvements in and relating to television http://v3.espacenet.[...] United Kingdom Intellectual Property Office 1937-00-00
[32] 서적 The inventor of stereo: the life and works of Alan Dower Blumlein https://books.google[...] Focal Press
[33] 서적 Design methodology and relationships with science https://books.google[...] Springer
[34] 서적 electronic tube handbook http://www.jogis-roe[...] Philips 1958-00-00


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