Nipkow Replica

Nipkow replica in het Rotterdams Radio Museum

Een televisiesysteem voor 10 beeldlijnen.

Door: F. Kerkhof

Inleiding.
De bij deze beschrijving behorende apparatuur is een replica van, een in 1927 vervaardigde, 10- lijnentelevisiesysteem. Het plan hiervoor bestond vanaf 1924, doch dit kon nog niet worden uitgevoerd voordat het me gelukt was om met behulp van seleen een bruikbare lichtgevoelige cel te maken. Het feit dat in die dagen het bezit van zo’n cel van primair belang was om televisie in de praktijk te kunnen bestuderen lijkt uit de aard van de te beschrijven apparatuur. Deze was er als het ware uitsluitend op gericht om met zo’n cel als hoofdonderdeel het wonder te kunnen aanschouwen en bestuderen hoe een bewegend beeld in elektrische signalen kon worden omgezet en na voldoende versterking weer tot een reproductiebeeld kon worden opgebouwd. De apparatuur was slechts ingericht voor eenvoudige schaduwbeelden terwijl de beeldontleding (camera) en de beeldopbouw (ontvanger) door één en hetzelfde onderdeel n.l. met de z.g. Nipkowschijf tot stand werd gebracht. Het synchronisatie vraagstuk dat ontstaat als de camera en de ontvanger gescheiden zijn was ten opzichte van het voorgaande nog volkomen onbelangrijk. De Nipkowschijf was voor de gecombineerde functie aan de omtrek voorzien van gaten, die twee identieke spiralen vormden en wel zodanig dat iedere spiraal 180° van de omtrek innam, waardoor bij draaiing van de schijf de ene gaatjesspiraal het beeldvlak aan de camerazijde kon ontleden en de andere gelijktijdig het ontvangerbeeldvlak kon opbouwen. Dat hierbij links en rechts en boven en onder verwisselden, was van geen belang.

De beeldontleding.
De beeldontleding heeft plaats aan de linker zijde van de apparatuur.
Vlak voor de Nipkovschijf is een venster in een metalen plaat aangebracht waaraan een geleiding is bevestigd voor 6×6 cm² diaraampjes. De dia’s moeten hierin ondersteboven, zoals in een projector worden geschoven. In plaats van dia’s kan men voor het venster eenvoudige voorwerpen bewegen zoals o.a. de ogen van een schaar, of het openen en sluiten van een tang.

De lichtbron.
Is een Philips projectielamp type 13141N/05 (220V/150W). Om de levensduur te vergroten brandt deze lamp op halve spanning hetgeen is bereikt door serieschakeling van een 150 Watts gloeilamp, die van een ondoorzichtige zwarte laag is voorzien. Het licht van de projectie lamp wordt door een lens tot een evenwijdige stralengang gebundeld en valt door het venster op de Nipkowschijf. De afmetingen van het venster en de afstanden van de gaten in de schijf zijn zodanig dat op elk moment slechts één gaatje in de schijf het licht kan doorlaten. De beide lenzen achter de schijf vormen met de lens ervoor een afbeelding van de gloeidraad van de projectie lamp op de lichtgevoelige cel. De cel bevindt zich achter een venster in het bovenste deel van de houten toren. Vanuit de versterker wordt een stroom door de cel gevoerd. De spanning over de cel daalt bij lichtinval en neemt toe bij onderbreking van het licht. Deze spanningsvariatie worden door de versterker en met behulp van een neonlamp rechts achter de Nipkowschijf weer in lichtvariaties omgezet.

De beeldopbouw.
De beeldopbouw heeft plaats aan de rechterzijde van de apparatuur. Vlak achter de Nipkowschijf is een neonlamp gemonteerd. Deze lamp is nog afkomstig uit de originele apparatuur waaruit destijds de serieweerstand in de voet is verwijderd. Door nu bij draaiende schijf via deze gaatjes naar de neonlamp te kijken zullen de lichtvariaties van de neonlamp weer op ieder moment op dezelfde plaats (alleen spiegel verkeerd) voor dit beeldvlak verschijnen waardoor men tengevolge van de traagheid van het oog niet iedere plaats afzonderlijk achter elkaar kan waarnemen, doch slechts een sommatie van nabeelden ziet waardoor een beeldindruk wordt verkregen. Om zoveel mogelijk een valse lichtinval te vermijden is een koker vlak voor de Nipkowschijf gemonteerd. Rondom de neonlamp is een meervoudige spiegel gemonteerd die ervoor zorgt dat het reproductiebeeldvlak, dat groter is dan de ballon van de lamp, zo gelijkmatig mogelijk wordt verlicht.

De seleencel.
De lichtgevoelige cel was zoals reeds is gezegd het belangrijkste onderdeel van deze apparatuur. Ze was echter geen handelsproduct en diende dus zelf te worden vervaardigd. Bekend was dat selenium lichtgevoelige eigenschappen bezat. Vele proeven met seleen zoals het in de handel in een donkerbruine kleur verkrijgbaar was leverden aanvankelijk echter geen resultaten op. In begin 1927 kwam ik echter te weten dat dit handels-seleen een thermische behandeling nodig had en lichtgrijs van kleur moest worden om de gewenste eigenschappen te verkrijgen. Dit leidde tot vele celconstructies waarvan één uitvoeringsvorm zoals nu in deze apparatuur is toegepast in het volgende in ’t kort zal worden beschreven. De cel bestaat uit een hittebestendige drager van 70x17x6 mm³. Hieromheen zijn over een lengte van ongeveer 18 mm twee parallelle geïsoleerde weerstandsdraden gelijktijdig nauw tegen elkaar aansluitend gewikkeld, zoals bij een bifilaire spoel. Eén einde van ieder van deze draden wordt blank gemaakt en van een aansluitklem voorzien. Met een vijltje wordt nu over een oppervlakte van 15×15 mm² de isolatie van de draden voorzichtig weggevijld en nog een deel van de draad zelf. De draden mogen echter onderling geen sluiting maken. Het op deze wijze verkregen cellichaam moet nu worden verwarmd. Hiervoor neemt men bijvoorbeeld een blikken sigarendoosje gevuld met zand waarop de cel wordt gelegd. Boven een gasvlam wordt het geheel nu langzaam verhit tot een temperatuur waarbij het selenium langzaam verweekt. Bij deze temperatuur strijkt men het seleen in een dunne laag over het blank gemaakte gedeelte. De weke laag kan eventueel nog met een scheermesje tot een vlakke dunne laag worden uitgestreken. Bij langzame afkoeling moet de donkerbruine kleur van de laag nu in lichtgrijs veranderen. Deze laag heeft een hoge specifieke elektrische weerstand, doch door de vele parallelle aanrakingsvlakken van de laag met de blankgeschuurde draden is de donkerweerstand in de orde van 14.000 ohm. De cel, waarvan de werking berust op het fotogeleidingseffect van seleen is na afkoeling gereed om op lichtgevoeligheid te worden onderzocht en is opgesloten in een plastic doosje om beschadiging te voorkomen.
Het compenseren van traagheidseffecten. Het fotogeleidingseffect van seleen bezit een zekere traagheid, d.w.z. dat bij gelijke lichtsterkteverschillen de langzame variaties veel grotere weerstandsveranderingen in de cel veroorzaken dan de snelle. Er dient dus een correctiefilter tussen de cel en de versterker te worden aangebracht, dat de lage frequenties in amplitude sterk verzwakt. Met voordeel kan hiervoor een l.f. transformator met een eigen resonantie die ver boven de beeldfrequentie ligt, worden gebruikt. De verzwakking is dan 12 dB per octaaf. Aan de genoemde eis is gemakkelijk te voldoen daar de beeldfrequentie van het beschreven systeem 16 Hz bedraagt.

De versterker.
De versterker is een eenvoudige 3-trapsweerstandsversterker, bestaande uit een E442, een E424 en als eindtrap een E443N, waarvan het schermrooster aan de anode is gelegd. Parallel aan de eindtrap is de neonlamp aangesloten waardoor de wisselstroomcomponenten buiten het afvlakfilter worden gehouden. De cel is in serie geschakeld met de primaire van een l.f. transformator en wordt gevoed uit een spanningsbron van 25 Volt.
Omdat de hoogte van het beeldvenster kleiner is geworden dan de afstand van de op de binnenbaan van de gaatjesspiraal gelegen gaten zal gedurende een korte tijd tussen het aftasten van elk gaatje en het volgende, het licht op de cel enige tijd worden onderbroken waardoor de cel een spanningsimpuls in de l.f. transformator opwekt. De secondaire van deze transformator is nu zodanig aan het rooster van de eerste buis aangesloten dat deze impulsen positief zijn gericht. Tussen de transformator en het rooster van de E442 is een scheidingscondensator aangebracht en een lekweerstand van hoge waarde naar de kathode waardoor het aanleggen van een voorspanning overbodig is. Dit is ook het geval in de volgende trap, zodat beide trappen de nulcomponent doorgeven. In de eindtrap is de lekweerstand aan een positieve spanning gelegd om de lijnimpulsen en de donkere beelddelen in het signaal meet in het roosterstroomgebied te kunnen sturen, zodat de neonlamp kan doven, waardoor een beter contrast in het gereproduceerde beeld ontstaat.

Nabeschouwing.
Het beschreven 10-lijnen systeem is in principe een zo getrouw mogelijke replica van hetgeen ik in vroegere jaren heb bereikt. Aanvankelijk was nog een tweede schijf met gleuven als een z.g. onderbreker toegepast, doch deze bleek al spoedig overbodig te zijn. Deze schijf kwam uit het verkeerde denkbeeld voort dat elk beeldelement afzonderlijk moest worden gemarkeerd. Tijdens het experimenteren in die jaren bleek tenslotte dat dit niet nodig was en dat men langs een lijn kon volstaan met de vloeiende overgang van plaats tot plaats van het aftastende element. De apparatuur werd hierdoor niet alleen eenvoudiger, doch hiermede waren ook de hinderlijke interferentiestrepen, die de onderbreker veroorzaakte, verdwenen.
Ik heb dan ook intertijd deze experimenten afgesloten met het weglaten van deze tweede schijf en heb hem daarom nu niet aangebracht.

Note:
De aanvankelijke apparatuur met de tweede schijf heb ik in 1928 gepubliceerd in een reeks artikelen over televisie in het maandblad “Mededelingen” van de vereniging van afgestudeerden aan de Middelbare Technische School te Dordrecht.