Historique
Les débuts de la télévision
Vidicon

Plusieurs types de tubes de prises de vue ont été développés. Le type le plus utilisé a été le vidicon, avec toutes ses variantes.


Iconoscope


Une mire utilisée lors des débuts de la télévision.
La forme de la mire était adaptée à la forme des écrans des premières télévisions


Orticon


Vidicon


Schéma de base caméra vidéo


Influence de la tension de la cible sur le signal vidéo


Exemple d'amplificateur vidéo (kit)

Après un système mécanique (le disque de Nipkov et les systèmes intermédiaires) on passe au système purement électronique qui permet une résolution plus élevée. Lors du passage à la couleur, on utilisera momentanément un système mécanique, mais qui sera définitivement oublié un an plus tard.

Le premier système, l'"image dissector" utilise l'effet photo-électrique: le bombardement de photons (particules de lumière) sur une cible libère des électrons. Un système de déflection fait qu'à un moment donné, seul les électrons en provenance d'une petite partie de la cible touchent l'anode de réception.

Les électrons émis qui ne sont pas récoltés par la cible sont perdus, ce système est très peu sensible et n'est utilisé que pour mesurer les intensités très élevées. Il n'aura aucune utilisation en pratique dans la télévision.

L'iconoscope utilise la variation de résistance d'un matériau semi-conducteur. Ici, la charge est accumulée et n'est lue qu'au moment où le pinceau d'électron frappe la cible à cet endroit. Le pinceau d'électrons charge la cible a une tension élevée. Les parties éclairées perdent lentement leur charge. Quand la cible est à nouveau chargée par le pinceau d'électrons, elle produit une tension qui correspond à la perte de charge.

Le principe est bon, mais le système a encore des défauts: l'image ainsi récoltée est brouillée par l'émission secondaire (le pinceau d'électrons qui recharge la cible libère des électrons secondaires) et la résolution est limitée par la mosaique de points sensibles utilisés.

De plus l'iconiscope ne produit pas un signal absolu qui dépend de l'illumination. La cible est composée de minuscules condensateurs. Quand on enregistre une scène sombre, l'iconoscope produit un signal gris: il n'y a pas de niveau de noir défini. C'est un problème qui deviendra apparent quand les téléviseurs deviendront plus perfectionnés et que les clients rechercheront une image ayant une meilleure fidélité.

Le Super-iconoscope et l'orticon sont tous deux basés sur un principe similaire, le premier système étant développé en Europe et le second aux Etats Unis. Une cible qui est frappée par la lumière libère des électrons, qui sont captés par une grille non-conductrice. Le pinceau d'électrons qui frappe la grille produit une émission secondaire d'électrons qui sont accélérés par une électrode spécifique (dynode). les électrons passent ensuite par un multiplicateur d'électrons, ce qui rend le système particulièrement sensible.

Ce tube produit une image très détaillée et sera utilisé pendant plus de 30 ans. Mais il a également des inconvénients: il est sensible à la sur-exposition (il se forme un halo qui ne disparait qu'au bout de quelques secondes), il est très complexe et necessite des tensions élevées.

Pour le marché amateur ainsi que pour les caméras de prises de vues en extérieur il faut un système plus simple. Et voila le tube vidicon, qui est en fait basé sur le fonctionnement de l'iconoscope. Une cible est chargée électriquement par un pinceau d'électrons. L'éclairage de la cible fait que la charge se perd plus ou moins selon l'exposition.

La différence avec l'iconoscpe est une construction différente: une cible composé d'un semi-conducteur en une seule couche, les électrons sont ralentis avant de frapper la cible par un fin grillage, et les électrons touchent la cible perpendiculairement.

Ce tube tout simple ne peut au début pas concurrencer l'orticon et n'est utilisé que pour des applications non-broadcast. Mais on améliore le système en utilisant une couche sensible composée d'autres alliages,... C'est ainsi qu'on voit apparaitres des tubes ous d'autres noms: plumbicon, saticon, newvicon,... tous basés sur le même principe.

Ce tube peut être utilisé dans les caméras de surveillance et les caméras vidéo des premiers vidéographes. Le nombre d'électrodes est limité et la haute tension ne doit pas être très élevée. Les réglages sont limités.

Le canon du tube de prise de vues est fort comparable à celui d'un écran cathodique, mais est construit beaucoup plus petit, pour des intenitées et des courants beaucoup plus faibles. Les électrodes sont la cathode, la grille de commande, une grille d'accélération et une grille de focussage. Un fin grillage est placée près de la cible et sert à ralentir les électrons pour éviter l'émission secondaire. Cette grille est normalement mise au potentiel de la grille de focus, mais certains tubes ont une sortie séparée. La cible a une connection séparée du culot pour éviter les interférences. Contrairement à l'anode d'un tube de télévision, la cible est placée à un potentiel très faible.

Réglages du vidicon

Les réglages du tubes sont décrits en se basant sur le schéma de base de la caméra vidéo.

La différence de tension entre la cathode et la grille de controle détermine l'intensité du pinceau d'électrons. Si l'intensité est trop faible, le pinceau n'est pas en mesure de charger correctement la cible (et d'effacer l'image précédente). Les parties fort éclairées de l'image produisent des trainées. La faible intensité du pinceau produit également un signal électrique sur la cible trop faible (ce que certains circuits électroniques compensent en augmentant le gain, et donc le bruit de fond). Si l'intensité est trop élevée, la cible peut être détruite par le bombardement et le tube n'atteint pas sa durée de vie normale.

La différence de tension doit être réglée selon les données du fabricant (en se basant également sur la tension d'accélération), et non selon l'image obtenue (c'est un réglage fixe).

Il faut également que le pinceau d'électrons soit interrompu pendant le retour de ligne et de trame, pour qu'il n'efface pas l'image. Le tube reçoit ainsi les impulsions de ligne et de trame sur les électrodes de commande.

Il y a également un réglage électrostatique du focus, qui fait que le pinceau forme le point le plus petit possible quand il frappe la cible. En plus du focussage électrostatique, il ne faut pas oublier la mise au point optique, pour former une image nette sur la cible.

Il y a également un réglage de la tension de la cible. Celle-ci peut être fixe, ou peut être modifiée électroniquement selon l'illumination de la cible (iris électronique). Une tension trop faible produit un courant de décharge trop faible et le contenu de l'image n'est pratiquement pas visible. Une tension trop élevée produit un courant de noir trop important, un relèvement du piédestal (et donc une diminution du signal utilisable). La tension de cible joue à la fois sur l'amplification du tube (contraste) et sur l'intensité.

Pour éviter de détruire la cible, certaines caméras coupent automatiquement l'alimentation du tube quand la déflection horizontale ou verticale n'est pas présente. Souvent la haute tension est générée à partir de la déflection de ligne (comme dans un téléviseur classique).

L'angle de déflection est très faible, les électrons sont relativement lents et le tube est petit: un très faible courant est suffisant pour assurer la déflection du pinceau d'électrons.

Ce circuit montré ici utilise la fréquence de secteur pour fournir la fréquence de trame, mais l'oscillateur de ligne n'est pas synchronisé. Ce type de circuit ne peut être utilisé que pour les systèmes de caméras de surveillance (CCTV).

Le signal de la cible doit être amplifié environ 10.000×. Le bruit de fond est produit principalement par les étages d'amplification, pas par le tube d'image lui-même. Des circuits légèrement accordés augmentent les fréquences élevées et rendent l'image plus nette (ce type de tube produit une image trop douce sans cette correction).

Pour obtenit un signal vidéo correct, il faut encore ajouter les tops de synchronisation trame et ligne. Lors du retour du pinceau, le niveau est a un minimum (piédestal). Ce niveau, mesuré juste après le top de synchronisation, est parfois utilisé dans certains moniteurs pour fixer le niveau de noir. Ce niveau peut en effet varier à cause de l'effet de la température.

Ce type de tube sera utilisé même après l'apparition de transistors, comme le montre le second schéma qui provient d'un kit pour fabriquer soi-même une caméra de surveillance. Le schéma n'est pas optimal, mais il explique

  • comment stabiliser le niveau de noir (le niveau minimum qui est présent lors du retour de ligne),
  • comment insérer un piédestal correct (c'est le niveau de référence vidéo) et
  • comment ajouter les tops de synchronisation.
  • Il montre aussi comment modifier le gain du tube en jouant sur la tension de la cible.

Pour obtenir la couleur avec un tube monochrome, on a d'abord utilisé des caméras avec trois tubes équipées de filtres colorés, puis on a fabriqué des tubes vidicon couleur. Sur cette page on explique également le fonctionnement d'une caméra vidicon.

Ancètre de la correction time base

Le tube vidicon était également utilisé dans les premiers enregistreurs vidéo (camescopes). A cette époque, il y avait un enregistreur séparé porté en bandouillère. Normalement, une horloge principale fournit le signal d'horloge à tous les composants du système. Le signal d'horloge est utilisé par la partie caméra et magnétoscope. Le magnétoscope utilise un tambour tournant rapidement (cela permet d'avoir une vitesse relative bande-tête suffisamment élevée).

A cause du mouvement du reporter, la vitesse du tambour n'est pas stable. Il y a alors une erreur à l'enregistrement. Pour éviter ce problème, on va commander la caméra à partir de la vitesse de rotation du tambour. Le tambour est ainsi équipé d'un générateur tachymétrique qui fournit le signal de synchronisation. Si le tambour tourne un peu trop lentement, le tube reçoit des tops de synchronisation plus espacés dans le temps et va lire l'image plus lentement. Quand on reproduit la bande, on ne remarque pas que le tambourt tournait à une vitesse variable.

La bande vidée est reproduite sur un magnétoscope de studio fixe qui permet une meilleure synchronisation.

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