หลอดรับภาพกล้องวิดีโอ

หลอดรับภาพกล้องวิดีโอ (Video camera tubes) คืออุปกรณ์รับภาพที่ทำงานโดยใช้หลักการของหลอดรังสีแคโทด (Cathode-ray tube หรือ CRT) ซึ่งถูกนำมาใช้ในกล้องโทรทัศน์เพื่อจับภาพและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า ก่อนที่จะมีการนำเซนเซอร์รับภาพแบบ Charge-coupled device (CCD) มาใช้งานอย่างแพร่หลายในช่วงทศวรรษ 1980

หลอดรับภาพเหล่านี้ถูกใช้งานตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 1930 และบางส่วนยังคงมีการใช้งานจนถึงทศวรรษ 1990 โดยมีกลไกการทำงานพื้นฐานคือการใช้ลำแสงอิเล็กตรอนสแกนผ่านภาพของฉากที่ต้องการถ่ายทอด ซึ่งจะสร้างกระแสไฟฟ้าที่แปรผันตามความสว่างของภาพ ณ จุดที่ลำแสงสแกนผ่าน ความละเอียดของภาพจะขึ้นอยู่กับจำนวนเส้นสแกนแนวนอน เช่น ในระบบ NTSC จะมีประมาณ 480–486 เส้น, ระบบ PAL มี 576 เส้น และระบบ Hi-Vision ที่มีความละเอียดสูงถึง 1,035 เส้น

หลักการทำงานพื้นฐาน

หลอดรับภาพกล้องวิดีโอจัดเป็นหลอดรังสีแคโทด (CRT) ประเภทหนึ่ง แต่แตกต่างจากหลอด CRT ที่ใช้ในจอโทรทัศน์หรือจอคอมพิวเตอร์รุ่นเก่าตรงที่หลอดรับภาพนี้ไม่ได้มีหน้าที่แสดงผลภาพ แต่มีหน้าที่ รับภาพ และแปลงแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า

ประวัติและการพัฒนาในช่วงแรก

แนวคิดของ Campbell-Swinton

ในเดือนมิถุนายน ค.ศ. 1908 Alan Archibald Campbell-Swinton ได้นำเสนอแนวคิดในวารสาร Nature เกี่ยวกับระบบโทรทัศน์อิเล็กทรอนิกส์เต็มรูปแบบ โดยเสนอให้ใช้หลอดรังสีแคโทด (หรือหลอด Braun) ทั้งในส่วนของการสร้างภาพและแสดงผล อย่างไรก็ตาม ในขณะนั้นเขายังประสบปัญหาในการออกแบบเครื่องส่งที่มีประสิทธิภาพ และความกังวลว่าปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric phenomenon) ในยุคนั้นอาจยังไม่เพียงพอต่อความต้องการ

การทดลองและวิวัฒนาการ

ต่อมามีการทดลองหลายครั้งเพื่อสร้างสัญญาณไฟฟ้าจากภาพ โดยมีการใช้แผ่นโลหะเคลือบซีลีเนียม (Selenium-coated metal plate) ซึ่งถูกสแกนด้วยลำแสงแคโทด แม้การทดลองในช่วงแรกจะไม่ประสบความสำเร็จมากนัก แต่การเปลี่ยนมาใช้สารเคลือบ เช่น ซิงค์ซัลไฟด์ (Zinc sulphide), ซิงค์เซเลไนด์ (Zinc selenide) หรืออะลูมิเนียมออกไซด์ที่ผ่านการบำบัดด้วยซีเซียม ช่วยให้ได้ภาพที่ชัดเจนขึ้น ซึ่งการทดลองเหล่านี้กลายเป็นรากฐานสำคัญของการพัฒนาหลอดรับภาพแบบ Vidicon ในเวลาต่อมา

หลอด Image Dissector

Image Dissector เป็นหลอดรับภาพประเภทหนึ่งที่สร้าง "ภาพอิเล็กตรอน" ของฉากจากแสงที่ตกกระทบโฟโตแคโทด (Photocathode) ซึ่งจะปล่อยอิเล็กตรอนผ่านช่องสแกนไปยังแอโนด (Anode) เพื่อตรวจวัดสัญญาณ

การพัฒนาโดย Philo Farnsworth

Philo T. Farnsworth นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน ได้ยื่นจดสิทธิบัตรระบบโทรทัศน์ที่รวมถึงอุปกรณ์ "การแปลงและแยกส่วนของแสง" (Conversion and dissecting of light) ในปี ค.ศ. 1927 และสามารถส่งภาพเคลื่อนไหวได้สำเร็จเป็นครั้งแรกในวันที่ 7 กันยายน ค.ศ. 1927

Farnsworth ได้ปรับปรุงอุปกรณ์โดยการใช้ตัวคูณอิเล็กตรอน (Electron multiplier) ที่ทำจากนิกเกิล และการใช้สนามแม่เหล็กตามยาว (Longitudinal magnetic field) เพื่อให้ภาพอิเล็กตรอนมีความคมชัดมากขึ้น ในปี ค.ศ. 1933 และ 1937 เขาได้นำตัวคูณสัญญาณ (Multipactor) และ Multi-dynode มาใช้ ทำให้ Image Dissector กลายเป็นอุปกรณ์รับภาพอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานได้จริงเครื่องแรกสำหรับโทรทัศน์

อย่างไรก็ตาม Image Dissector มีข้อจำกัดสำคัญคือ ความไวต่อแสงต่ำมาก จึงใช้งานได้เฉพาะในที่ที่มีแสงสว่างสูงมากเท่านั้น (โดยปกติมากกว่า 685 cd/m²) ทำให้มันไม่เหมาะกับการถ่ายทำทั่วไป แต่มีประโยชน์มากในงานอุตสาหกรรม เช่น การตรวจสอบภายในเตาหลอมอุตสาหกรรมที่มีความสว่างสูง