قرص نيبكو

قرص نيبكو (يُكتب أحيانًا بالإنجليزية Nipkov disk؛ حاصل على براءة اختراع عام 1884)، والمعروف أيضًا باسم قرص المسح الضوئي ، هو جهاز ميكانيكي دوار يعمل هندسيًا لمسح الصور ، وقد حصل على براءة اختراعه بول غوتليب نيبكو في برلين . ^{[ 1 ]} كان قرص المسح الضوئي هذا مكونًا أساسيًا في التلفزيون الميكانيكي ، وبالتالي في أجهزة التلفزيون الأولى ، خلال عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين. ^{[ 2 ]}

الجهاز عبارة عن قرص دوار ميكانيكيًا مصنوع من أي مادة مناسبة (معدن، بلاستيك، كرتون، إلخ)، مثقوب بسلسلة من الثقوب الدائرية متساوية القطر والمسافات بينها. يمكن أن تكون الثقوب مربعة الشكل لمزيد من الدقة. تُوضع هذه الثقوب لتشكيل حلزون أحادي الدورة يبدأ من نقطة شعاعية خارجية للقرص ويتجه نحو مركزه. عند دوران القرص، ترسم الثقوب أنماطًا دائرية، بقطر داخلي وخارجي يعتمد على موضع كل ثقب على القرص، وسماكة تساوي قطر كل ثقب. قد تتداخل الأنماط جزئيًا أو كليًا، وذلك حسب تصميم القرص. تقوم عدسة بإسقاط صورة المشهد أمامها مباشرةً على القرص. ^{[ 3 ]} يأخذ كل ثقب في الحلزون "شريحة" من الصورة، والتي يلتقطها مستشعر كنمط زمني من الضوء والظلام. إذا تم ضبط المستشعر للتحكم في ضوء خلف قرص نيبكو ثانٍ يدور بشكل متزامن بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه، فسيتم إعادة إنتاج الصورة سطرًا بسطر. يتم تحديد حجم الصورة المُستنسخة مرة أخرى من خلال حجم القرص؛ فالقرص الأكبر ينتج صورة أكبر.

عند تدوير القرص أثناء مراقبة جسم ما "من خلاله"، ويفضل أن يكون ذلك من خلال قطاع دائري صغير نسبيًا من القرص ( منطقة الرؤية )، مثلاً ربع أو ثمن القرص بزاوية، يبدو الجسم وكأنه "يُمسح" سطرًا سطرًا، أولًا حسب الطول أو الارتفاع أو حتى قطريًا، وذلك بحسب القطاع المحدد للمراقبة. بتدوير القرص بسرعة كافية، يبدو الجسم كاملًا، ويصبح التقاط الحركة ممكنًا. يمكن فهم ذلك بديهيًا بتغطية القرص بالكامل، باستثناء مساحة مستطيلة صغيرة، بقطعة من الورق المقوى الأسود (التي تبقى ثابتة)، ثم تدوير القرص ومراقبة الجسم من خلال هذه المساحة الصغيرة.

من مزايا استخدام قرص نيبكو أن مستشعر الصورة (أي الجهاز الذي يحول الضوء إلى إشارات كهربائية) يمكن أن يكون بسيطًا كخلية ضوئية أو ثنائي ضوئي واحد ، إذ لا تظهر في كل لحظة إلا مساحة صغيرة جدًا عبر القرص (ونفذة العرض)، وبالتالي تتم عملية تحليل الصورة إلى خطوط تلقائيًا تقريبًا مع الحاجة إلى توقيت دقيق لخطوط المسح، وبدقة عالية جدًا . ويمكن بناء جهاز التقاط بسيط باستخدام محرك كهربائي يُشغل قرص نيبكو، وصندوق صغير يحتوي على عنصر حساس للضوء (كهربائي) واحد، وجهاز تركيز صورة تقليدي (عدسة، صندوق مظلم ، إلخ).

ومن المزايا الأخرى أن جهاز الاستقبال يشبه إلى حد كبير جهاز الاستحواذ، باستثناء استبدال الجهاز الحساس للضوء بمصدر ضوئي متغير، يتم تشغيله بواسطة الإشارة التي يوفرها جهاز الاستحواذ. كما يجب ابتكار وسيلة لمزامنة الأقراص على الجهازين (تتوفر عدة خيارات، تتراوح بين التحكم اليدوي وإشارات التحكم الإلكترونية).

وقد ساهمت هذه الحقائق بشكل كبير في بناء أول جهاز تلفزيون ميكانيكي أنجزه المخترع الاسكتلندي جون لوجي بيرد ، بالإضافة إلى أولى مجتمعات "عشاق التلفزيون" وحتى البث الإذاعي التجريبي للصور في عشرينيات القرن الماضي.

تتميز دقة المسح الضوئي على طول خط المسح في قرص نيبكو بأنها عالية جدًا، نظرًا لكونه مسحًا تناظريًا. مع ذلك، فإن الحد الأقصى لعدد خطوط المسح محدود للغاية، إذ يساوي عدد الثقوب الموجودة على القرص، والذي يتراوح عمليًا بين 30 و100 ثقب، مع وجود أقراص نادرة تحتوي على 200 ثقب تم اختبارها.

من عيوب قرص نيبكو كجهاز لمسح الصور : أن خطوط المسح ليست مستقيمة، بل منحنية . لذا، يجب أن يتميز قرص نيبكو المثالي إما بقطر كبير جدًا، ما يعني انحناءً أقل ، أو بفتحة زاوية ضيقة جدًا لنافذة الرؤية. وثمة طريقة أخرى لإنتاج صور مقبولة تتمثل في حفر ثقوب أصغر (بمقياس المليمتر أو حتى الميكرومتر ) بالقرب من القطاعات الخارجية للقرص، لكن التطور التكنولوجي رجّح كفة الوسائل الإلكترونية لاكتساب الصور.

كان من بين العيوب الهامة الأخرى صعوبة إعادة إنتاج الصور في الطرف المستقبل للإرسال، وهو ما كان يتم أيضاً باستخدام قرص نيبكو. كانت الصور عادةً صغيرة جداً، بحجم السطح المستخدم للمسح الضوئي، والذي كان، مع التطبيقات العملية للتلفزيون الميكانيكي ، بحجم طابع بريدي في حالة  قرص قطره من 30 إلى 50 سم.

تشمل العيوب الأخرى عدم انتظام هندسة الصور الممسوحة ضوئيًا، والحجم غير العملي للقرص، على الأقل في الماضي. كانت أقراص نيبكو المستخدمة في أجهزة استقبال التلفزيون القديمة تتراوح أقطارها بين 30  و50  سم تقريبًا، وتحتوي على ما بين 30 و50 ثقبًا. كما كانت الأجهزة التي تستخدمها صاخبة وثقيلة الوزن، مع جودة صورة رديئة للغاية ووميض ملحوظ. ولم يكن أداء نظام التقاط الصور أفضل حالًا، إذ كان يتطلب إضاءة قوية جدًا للهدف.

تشترك الماسحات الضوئية للأقراص مع محلل الصور فارنسورث في عيب رئيسي . إذ يُنقل الضوء إلى نظام الاستشعار أثناء مسح الفتحة الصغيرة لكامل مجال الرؤية. وتكون كمية الضوء المُجمّعة فورية، حيث تمر عبر فتحة صغيرة جدًا، ولا يمثل الناتج الصافي سوى نسبة ضئيلة جدًا من الطاقة الساقطة.

تُراكم أجهزة الأيقونات (وما تلاها من أجهزة) الطاقة على الهدف باستمرار، مُدمجةً بذلك الطاقة مع مرور الوقت. يقوم نظام المسح ببساطة "بالتقاط" الشحنة المُتراكمة أثناء مروره بكل موقع على الهدف. تُظهر حسابات بسيطة أنه بالنسبة للمستقبلات الضوئية الحساسة بنفس القدر، فإن جهاز الأيقونات أكثر حساسية بمئات إلى آلاف المرات من القرص أو ماسح فارنسورث.

يمكن استبدال قرص المسح بمرآة متعددة الأضلاع، لكن هذا يعاني من نفس المشكلة - عدم التكامل بمرور الوقت.

وبصرف النظر عن التلفزيون الميكانيكي المذكور أعلاه، والذي لم يصبح شائعًا للأسباب العملية المذكورة أعلاه، يتم استخدام قرص نيبكو في نوع واحد من المجهر متحد البؤر ، وهو مجهر بصري قوي .

• مقال تمهيدي عن مجهر القرص الدوار
• تتضمن سيرة بول نيبكو وصفًا ورسمًا لقرص نيبكو.
• اختراع التلفزيون: الرواد الأوائل ( مؤرشف بتاريخ 2 أغسطس 2017 في أرشيف الإنترنت)
• قرص نيبكوف – تعليمات حول كيفية صنع قرص نيبكوف من الورق المقوى للتجربة.
• مختبر نيبكو التفاعلي للأقراص - قم ببناء جهاز التلفزيون الميكانيكي الافتراضي الخاص بك باستخدام هذا المحاكي عبر الإنترنت.