EMI 2001

El EMI 2001 utilizaba un conjunto de prismas de cuatro vías para dividir la luz en sus componentes, empleando los mismos principios innovadores desarrollados por Philips para su divisor de tres vías. Estos nuevos conjuntos aprovechaban la reflexión interna total dentro de los prismas para dirigir la luz hacia los tubos de captación. Estas técnicas se describieron en una patente presentada por primera vez en 1961. ^{[ 1 ]} El prisma de tres vías también se describió en la descripción de la cámara LDK3. ^{[ 2 ]}

La técnica de utilizar un conjunto de prismas de esta manera resultó muy superior a los sistemas de división de luz anteriores, ya que el conjunto de prismas era limpio y compacto, y la reproducibilidad en la fabricación mejoró considerablemente. También se eliminaron los problemas que se presentaban anteriormente con la doble imagen (común en los espejos dicroicos de vidrio plano). Además, debido a la incidencia casi normal de la luz sobre las superficies dicroicas, se redujo la sensibilidad a la luz polarizada. ^{[ 1 ]}

En consecuencia, EMI optó por utilizar una versión de cuatro tubos del divisor de prisma para su nueva cámara en color, ^{[ 3 ]} con el fin de conservar todas las ventajas del método. Sin embargo, diseñar una única disposición de prisma para cuatro tubos resultó menos sencillo que para tres, y se consideraron inicialmente varias alternativas.

En una configuración inicial del bloque de prismas, que se muestra en la miniatura, se preveía que tres de los tubos de captación estuvieran en un plano común, pero con el cuarto tubo (rojo) sobresaliendo, casi en ángulo recto con respecto a los otros tres. (Esta configuración se iba a utilizar en la cámara rusa de cuatro tubos tipo KT-116M. ^{[ 4 ]} )

Para la configuración óptica final del EMI 2001, el prisma verde se modificó incorporando un espejo totalmente plateado a unos 45 grados, para desviar la luz verde lateralmente, dando como resultado la configuración final de cuatro brazos. (Vistos desde la parte posterior de la cámara, los cuatro tubos se veían como una cruz diagonal). Esta configuración óptica definió las dimensiones de la sección transversal de la cámara (que no eran pequeñas: 380 × 380  mm), pero permitió ubicar el objetivo zoom dentro del cuerpo de la cámara. Además, fue posible extraer los tubos de captación individuales sin necesidad de retirar las bobinas de escaneo, ya que las bases de los tubos eran fácilmente accesibles en las esquinas exteriores.

Las señales compuestas de los sistemas NTSC , PAL y SECAM se componen de una señal de luminancia de banda ancha y dos señales de diferencia de color de banda estrecha que contienen BY y RY. Si se utiliza una versión de banda limitada de la señal del tubo de luminancia para obtener las señales de diferencia de color, sin modificaciones, se producirían errores de color. Esto se debe a que la característica de luminancia esperada por el procesamiento del color debe generarse de una manera particular, utilizando proporciones específicas de rojo, verde y azul, mientras que la señal del tubo de luminancia tiene una característica monocromática más general, similar a la de una cámara convencional en blanco y negro. Además, la aplicación de la corrección gamma a las señales complica aún más la situación (los tubos de visualización tienen, aproximadamente, una característica cuadrática con γ ≈ 2,2).

Como se muestra a continuación, es beneficioso, pero no suficiente, moldear la respuesta de luminancia para simular la característica de luminancia NTSC (PAL o SECAM) (por ejemplo, colocando un filtro óptico delante del tubo de luminancia para dejar pasar la luz con la función de luminosidad requerida, ^{[ 5 ]} o mediante una superficie dicroica especial que refleje la luz hacia el tubo de luminancia con la función de luminosidad requerida ^{[ 6 ]} ).

Para un sistema básico de 3 colores, la señal de luminancia de banda ancha (Y'), para NTSC, PAL y SECAM, viene dada por: ^{[ 7 ] [ 8 ]}

${\displaystyle Y'=0.3R^{\frac {1}{\gamma }}+0.59G^{\frac {1}{\gamma }}+0.11B^{\frac {1}{\gamma }}}$

En el caso de un tubo de luminancia independiente, con la conformación espectral adecuada, la señal de salida (Y) viene dada por:

${\displaystyle Y=0,3R+0,59G+0,11B}$

que, una vez corregido mediante corrección gamma, da como resultado:

${\displaystyle Y^{\frac {1}{\gamma }}=(0.3R+0.59G+0.11B)^{\frac {1}{\gamma }}}$

${\displaystyle Y^{\frac {1}{\gamma }}}$ no es igual${\displaystyle Y'}$excepto cuando R = G = B, que corresponde a tonos neutros (grises).

Al derivar las dos señales de diferencia de color de banda estrecha que contienen R _N y B _N , se requiere una versión de banda limitada de la señal de luminancia (y'), a saber:

${\displaystyle y'=0.3R_{N}^{\frac {1}{\gamma }}+0.59G_{N}^{\frac {1}{\gamma }}+0.11B_{N}^{\frac {1}{\gamma }}}$

pero la señal de banda limitada del tubo de luminancia es:

${\displaystyle y^{\frac {1}{\gamma }}=(0.3R_{N}+0.59G_{N}+0.11B_{N})^{\frac {1}{\gamma }}}$

Como antes,${\displaystyle y^{\frac {1}{\gamma }}}$ no es igual${\displaystyle y'}$. Si la señal de luminancia corregida gamma${\displaystyle y^{\frac {1}{\gamma }}}$Si simplemente se usa en lugar de y', se producen errores de color que pueden ser apreciables para colores saturados.

En el EMI 2001 se utiliza un proceso conocido como Corrección Delta-L ^{[ 3 ] [ 9 ] para superar este problema.}

Se forma una señal de corrección de diferencia de luminancia de banda limitada, ΔL, donde:

${\displaystyle \Delta L=y^{\frac {1}{\gamma }}-y'}$

Esta señal de banda estrecha se utiliza para corregir el canal de luminancia de banda ancha en bajas frecuencias, de modo que la señal monocromática transmitida se convierte en:

${\displaystyle Y^{\frac {1}{\gamma }}-\Delta L=Y^{\frac {1}{\gamma }}-(y^{\frac {1}{\gamma }}-y')}$

Con esta señal de luminancia corregida, se obtiene la reproducción cromática correcta, conservando al mismo tiempo el detalle nítido de la luminancia de una cámara de 4 tubos. Las señales R, G y B de banda estrecha se corrigen mediante gamma y se aplican a un circuito matricial adecuado para obtener la corrección. Con escenas en escala de grises${\displaystyle y^{\frac {1}{\gamma }}}$=${\displaystyle y'}$y la señal vuelve a ser únicamente la del tubo de luminancia.

En la cámara 2001, los circuitos eran completamente de estado sólido, a excepción de las válvulas captadoras y, en las primeras cámaras, la primera etapa de los preamplificadores. El circuito utilizaba ampliamente la configuración de amplificador en anillo de tres, que se muestra simplificada en la figura. Este circuito se adaptaba fácilmente a diversas aplicaciones.

En el modo normal, no inversor, el extremo inferior de la resistencia R2 está conectado a tierra y la entrada se realiza a través de V _in (1). En este modo, el amplificador se comporta de forma similar a un amplificador de realimentación de corriente. ^{[ 10 ]} El circuito mantiene su ancho de banda a medida que aumenta la ganancia (reduciendo R2), a diferencia de un amplificador operacional de realimentación de voltaje convencional. ^{[ 11 ]}

El circuito tiene un punto de " tierra virtual " en "A" para que sea posible utilizar amplificadores inversores o sumadores. En este modo, la base de TR1 está conectada a tierra y la entrada se realiza a través de V _in (2) y la resistencia en serie R2.

El EMI 2001 utilizaba filtros de definición de banda en los cuatro canales. Para los canales de color y luminancia de banda estrecha, los filtros de paso bajo tenían una banda de paso con forma gaussiana ^{[ 12 ]} y, aunque no eran de corte abrupto, eran de fase lineal y producían sobreimpulsos insignificantes en los transitorios. El canal de luminancia de banda ancha tenía su ancho de banda definido por un filtro de paso bajo de fase lineal con un  corte de 3 dB a 6,8  MHz. Su diseño sigue los métodos de filtro reticular de Bode ^{[ 13 ]} .

A continuación se muestran las respuestas de amplitud de los dos filtros. También se muestran las desviaciones de fase de los dos filtros con respecto a la característica lineal fase/frecuencia, dada por:

${\displaystyle \phi (f)=-6.36\times 10^{-5}\times f}$

donde f es la frecuencia en Hz y φ (f) está en grados. A bajas frecuencias, los retardos de propagación de ambos filtros son iguales (aproximadamente 177 ns).

El término "florecimiento" se refiere a la situación en la que las áreas brillantes de una imagen se "difunden" hacia las áreas oscuras adyacentes, con la consiguiente pérdida de nitidez y detalle de la imagen. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} Esta condición produce "colas de cometa" ^{[ 14 ]} que se extienden por la imagen, siguiendo los reflejos en movimiento.

Las imágenes de las primeras cámaras Plumbicon eran susceptibles a los efectos de cola de cometa y de halo, y aunque estos efectos no habían sido una preocupación importante en la generación anterior de cámaras, que empleaban tubos vidicón u orticon de imagen, eran una característica molesta de los tubos Plumbicon.

Los problemas surgieron cuando la corriente del haz del tubo captador era insuficiente para descargar completamente el blanco en las zonas muy brillantes de la imagen. Reducir el voltaje del blanco y aumentar la corriente del haz del tubo captador ayudó a mitigar el problema, pero, con los primeros Plumbicon, esto provocó una pérdida de resolución y un mayor retardo. ^{[ 17 ]}

Este problema con los tubos Plumbicon ya era motivo de preocupación a principios de la década de 1960 ^{[ 18 ]} y todas las primeras cámaras plumbicon lo padecían, ^{[ 19 ]} incluida la EMI 2001. ^{[ 20 ] [ 21 ]} Con tubos de malla separados hubo cierta mejora, porque se podían usar corrientes de haz más altas sin pérdida de resolución. ^{[ 22 ]} Algunas cámaras introdujeron circuitos anti-cola de cometa para proporcionar corrección dinámica, cuando se detectaba una sobrecarga (circuitos ACT), pero estos no se usaron en la EMI 2001.

El problema no se resolvió satisfactoriamente hasta finales de la década de 1960, cuando se introdujo un cañón adicional para contrarrestar la cola de cometa en los tubos Plumbicon. ^{[ 23 ] [ 24 ]} Los nuevos diseños de cámaras, producidos en la década de 1970, pudieron incluir los nuevos tubos mejorados, y generalmente lo hicieron. Algunas cámaras de 2001 se modificaron para incorporar los nuevos tubos, pero fue un procedimiento de adaptación difícil debido a la complejidad de los circuitos adicionales.

Tal como las suministró EMI, la 2001 y la posterior 2001/1 no contaban con ningún tipo de protección contra sobretensiones (ACT o HOP). Por ello, su rendimiento era deficiente en este aspecto, en comparación con la siguiente generación de cámaras suministradas en la década de 1970. Ninguna de las cámaras de transmisión profesionales de primera generación, de mediados a finales de la década de 1960, disponía de ACT, por lo que la EMI 2001 no era una excepción.

Al observar grabaciones antiguas, como las de 2001, es muy fácil determinar si un programa utilizó cámaras EMI 2001 (o cualquier otra cámara PAL en color de primera generación) para capturar las imágenes, ya que las colas de los cometas a menudo aparecían como "manchas" o "manchas" de color (generalmente causadas por una fuente de luz o por la luz que se refleja en una superficie muy reflectante o pulida) simplemente porque la cámara no tenía circuitos ACT.

Algunas emisoras modificaron sus cámaras para incorporar ACT, pero la adaptación de ACT/HOP no fue una modificación sencilla, ya que se necesitarían cuatro tubos HOP nuevos, las bases de los tubos, el arnés de cableado, cuatro amplificadores de cabezal y cuatro amplificadores de vídeo, así como las placas de corriente del haz del tubo. ACT y HOP funcionan mediante un electrodo adicional en el tubo para realizar una descarga completa del objetivo durante el período de retroceso. Se requería un gran cuidado al configurar los voltajes HOP, ya que se podía dañar la emisión del tubo. Una vez instalados, los circuitos ACT se ajustaron para que la cola del cometa no apareciera como una mancha.

Incluso cuando se habían instalado circuitos ACT, a veces aparecían estelas de cometa, que consistían en una mezcla de dos colores distintos, un color dentro del otro (por ejemplo, una estela roja con otra más pequeña en su interior que podría ser verde), o bien la estela podía ser de un color no primario, como el rosa. Los problemas se producían cuando la configuración de los circuitos ACT no era la adecuada.

En 1963, ingenieros de EMI visitaron Estados Unidos para observar la nueva cámara en color de cuatro tubos de RCA, la TK42. ^{[ 5 ]} Inmediatamente después de esta visita, los Laboratorios de Investigación de EMI iniciaron un programa para construir una cámara experimental con el mismo formato. La construcción requirió tan solo seis semanas de intenso trabajo, facilitado por el aprovechamiento de piezas de cámaras EMI existentes. Se utilizaron componentes de una cámara de estudio monocromática Orthicon EMI Tipo 203, ^{[ 30 ]} para el canal de luminancia, y de una cámara industrial en color Tipo 204, ^{[ 31 ] [ 32 ]} para los canales de color. Esta cámara contenía tres tubos Vidicon y un sistema de separación de color mediante espejos dicroicos de vidrio plano . Además, se integró un objetivo zoom Varotal III en el cuerpo de la cámara experimental. La cámara estaba alojada en una estructura simple en forma de caja con nervaduras de aluminio extruido y paneles laterales lisos. ^{[ 33 ]}

La cámara experimental se presentó a la BBC en 1963, donde tuvo una acogida dispar. En ese momento, la BBC estaba evaluando una cámara Philips de tres tubos que utilizaba algunos tubos captadores Plumbicon recién disponibles. ^{[ 34 ] [ 2 ] [ i ]} Los ingenieros de la BBC la habían configurado para producir imágenes en color de alta saturación y no quedaron impresionados por las imágenes "tintes" de la cámara EMI.

Para evaluar mejor el rendimiento de las cámaras existentes en aquel entonces, la BBC organizó pruebas comparativas entre la cámara experimental EMI, una cámara Philips y una cámara Marconi Three IO. ^{[ 17 ]} En estas pruebas, la colorimetría de las imágenes de la cámara EMI resultó desfavorable en comparación con las otras dos, pero ofreció las imágenes más nítidas.

A pesar de la tibia acogida de la BBC a la cámara experimental, EMI persistió con el concepto de cuatro tubos, pero ahora utilizando tubos Plumbicon, como sugirió Wood ^{[ 17 ]} , aunque hubo cierta demora antes de que comenzara el trabajo. Hubo varias razones para la demora. En primer lugar, la junta directiva de EMI dudó en proporcionar la inversión financiera necesaria para el proyecto. En segundo lugar, hubo indecisión sobre dónde ubicar el trabajo, pero, finalmente, se eligió el Departamento de Televisión en Color de los Laboratorios de Investigación en lugar de la División de Equipos de Radiodifusión (el proveedor existente de las cámaras monocromáticas y equipos de estudio de EMI). En tercer lugar, hubo preocupación por la fiabilidad del suministro de tubos Plumbicon, ya que Philips era el único proveedor. ^{[ ii ]} En cuarto lugar, hubo preocupaciones sobre los estándares de calidad variables de los primeros tubos de captación Plumbicon, ya que se descubrió que algunos tubos producían imágenes inestables. ^{[ 17 ]} Aunque la mayoría de los problemas con la calidad de los tubos fueron resueltos rápidamente por Philips, persistieron las preocupaciones sobre las " colas de cometa " y el "efecto halo".

Tras la aprobación de la junta directiva de EMI para la nueva cámara a finales de 1964, el desarrollo avanzó rápidamente. La cámara utilizaría cuatro tubos captadores Plumbicon y circuitos de estado sólido, incluiría un objetivo zoom de serie y emplearía óptica de prisma. A pesar del retraso inicial, el primer prototipo completamente operativo se presentó a la BBC y a otros en 1966, justo a tiempo para cumplir con los plazos de la BBC para la introducción de su nuevo servicio de color.

Las primeras cámaras utilizaban válvulas termoiónicas (tubos de vacío) en las primeras etapas de los amplificadores de cabezal, pero posteriormente se introdujeron amplificadores FET ; estas cámaras se designaron como tipo 2001/1. Todos los demás circuitos de las cámaras, a excepción de los tubos captadores, eran de estado sólido.

Las ventas del modelo Type 2001 fueron un gran éxito en el Reino Unido. La BBC y muchas cadenas de televisión independientes instalaron las cámaras en sus estudios durante la rápida expansión de los servicios de color en el Reino Unido después de 1967. Sin embargo, para cuando EMI terminó de entregar sus pedidos en el Reino Unido (hacia finales de la década), el auge del mercado estadounidense ya había pasado y el mercado europeo aún no se había desarrollado por completo o ya estaba dominado por las cámaras Philips. Además, las empresas rivales ya estaban lanzando nuevos diseños y EMI encontró entonces un mercado limitado para una cámara con configuración de cuatro tubos.

El objetivo zoom integrado era una característica popular de la EMI 2001, apreciada por los operadores de cámara, y en la industria televisiva a veces se la denominaba "la cámara del camarógrafo". ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]} Al no tener un objetivo zoom sobresaliente, la cámara de estudio medía solo 537 mm de largo, lo que permitía usarla en espacios reducidos y realizar paneos con gran facilidad (tenía un bajo momento de inercia). Además, las imágenes producidas durante los paneos tenían un aspecto más natural. La flexibilidad operativa de la cámara se demostró en vídeos de formación. ^{[ 48 ]}

Aunque la cámara con zoom integrado era popular en el Reino Unido, este concepto tuvo poca influencia en el diseño o las ventas de cámaras en otros lugares. Solo Marconi, con su pequeña y elegante Mk VIII ^{[ 49 ]} , y las cámaras de Link unos años después ^{[ 50 ]} adoptaron este concepto. La mayoría de los fabricantes de cámaras afirmaban que un formato en el que el objetivo sobresalía por delante de la cámara ofrecía una mayor variedad de proveedores de objetivos y, por supuesto, facilitaba el trabajo de los diseñadores. Por ello, el entusiasmo de los operadores de cámara por el concepto de zoom integrado tuvo poca influencia a largo plazo en los diseñadores. Incluso EMI abandonó la idea de tener un objetivo con zoom integrado con su nueva cámara, la Type 2005 ^{[ 51 ]} , cuyo formato recordaba a la primera cámara experimental de Philips, con sus tres tubos dispuestos horizontalmente ^{[ 52 ] .}