Danas je nabavljena kolor video kamera Panasonic WVP-55E japanskog proizvođača Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. iz prve polovice 1980-tih godina.
Ručku kamere moguće je preklopiti radi lakšeg pohranjivanja i transporta iste. Mikrofon je izvlačiv na teleskopskoj šipki za bolje hvatanje zvuka.
Trgovačke marke National, National Panasonic, Panasonic i Technics pak potječu od japanske tvrtke Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. koja je osnovana 1918. godine, a uspjeh je postigla deset godina kasnije prodajom električnih lampi za bicikle komercijalne oznake National. Ova oznaka je odabrana jer se tvrtka nadala da će taj njezin proizvod koristiti čitav Japan i to je bio prvi poznati brend japanske elektronike. Kasnije je National postala vodeća marka na većini Matsushita proizvoda, uključujući audio i video uređaje, a 1988. nakon svjetskog uspjeha i branda Panasonic naziv je kombiniran u National Panasonic. Do kraja 1980-tih godina tvrtka Matsushita prestala je koristiti brend National (tijekom 2003. godine još se nakratko pojavio na nekim kućanskim aparatima i bijeloj tehnici) te je svoje audio-video proizvode je nastavila prodavati pod imenima Panasonic i Technics.
U video kamerama od početka 1930-tih do početka 1990-tih godina kao senzor slike koristile su se posebne elektronske katodne cijevi koje su ovisno o principu rada, proizvođaču, tehnologiji i upotrijebljenim materijalima za foto-osjetljive premaze dobile različite nazive. Prve katodne cijevi za kamere zvale su se disektor, ikonoskop, super-emitron, ortikon, CPS-emitron. U 1950-tim godinama RCA je razvio Vidicon, u 1960-tim Philips je razvio Plumbicon, a u 1970-tim izašao je Saticon (Hitachi), Pasecon (Heimann), Chalnicon (Toshiba), Newvicon (Matsushita), Trinicon (Sony) kao i još neke inačice ovih cijevi (Super-Orticon, Spectraplex, HARP-Saticon ili Harpicon, Resistron i druge). Kod kamera u boji obično bi radile tri video cijevi, svaka za jednu boju (RGB) u kombinaciji sa separatorom boja, negdje bi se koristila samo jedna cijev sa ugrađenim posebnim kolor filtrima, a neke kamere su imale četiri cijevi gdje jedna cijev proizvodi samo luminantni signal, a ostale tri RGB krominantni signal. Takvim kamerama dobili bi se izrazito fini detalji slike. Katodne video cijevi zadržale su se u kamerama sve do početka 1990-tih godina kada su ih istisnuli poluvodički CCD (charge-coupled device) senzori. Iako su se CCD slikovni senzori počeli razvijati i praktično primjenjivati od početka 1970-tih godina, prva video kamera za široku komercijalnu upotrebu sa CCD senzorom izašla je na tržište 1983. godine (Sony, CCD-G5).
Naša kamera datira s početka 1980-tih godina i ima ugrađenu Saticon slikovnu cijev oznake YFH4181KIT. Naziv Saticon potječe od materijala od kojeg je nanesen foto-osjetljivi sloj na ovoj cijevi: Se-As-Te (selen, arsen, telur). Zaštitini znak Saticon registrirao je Hitachi 1973. godine, no ove cijevi su također proizvodile tvrtke Thomson, Heimann i Sony. Saticon cijev je konstruirana nakon Vidikona i u mnogočemu je bila boljih karakteristika. Otklon elektronskog snopa kod Saticona je magnetski (pomoću otklonskih svitaka) no fokusiranje je elektrostatičko (pomoću unutrašnjih elektroda) za razliku od Vidikona gdje je fokusiranje magnetsko vanjskom zavojnicom. Saticon ima poboljšane parametre elektronskog topa, geometriju elektroda, fokusiranje, ubrzanje i linearizaciju. Izlazni nivo kromatskog signala je veći, parazitski kapaciteti su smanjeni pa Saticon ima i bolji omjer signal/šum. Zbog malih dimenzija i male potrošnje Saticon je bio posebno pogodan za prijenosne video kamere, a zbog dobre kvalitete slike koristio se i u profesionalnim TV kamerama.
Odmah ćemo reći da su i te prve prenosive video kamere (koje poput ove naše nemaju integrirani videorekorder i bateriju) elektronički i mehanički prilično kompleksni uređaji za koje su namjenski razvijene neke vrlo specifične tehnologije.
Elektronske cijevi za kamere s obzirom na osnovni princip rada negdje se nazivaju i analizirajuće cijevi ili engl. “pickup tube”. Konstrukcija istih je u dosta elemenata slična CRT ekranima za video monitore i televizore. Imaju elektronski top (katoda) iz koje se koncentrira vrlo fini mlaz (snop) elektrona, a koji se isto kao i CRT ekrana usmjerava i vodi pomoću horizontalnog i vertikalnog otklonskog sustava (vanjske zavojnice) redak po redak na signalnu ploču (625 redaka po PAL standardu).
Razlika između CRT ekrana i analizirajuće cijevi kamere je između ostalog u premazu prednjeg stakla koju skenira elektronska zraka. Kod CRT ekrana je to sloj koji elektrone pretvara u svjetlost, a kod kamere je to sloj koji svjetlost pretvara u elektrone, dakle fotoćelija. S obzirom na veliki broj različitih slikovnih cijevi koje su razvijene do 1980-tih godina teško je pronaći prikaz strukture i princip rada svakog tipa takve cijevi. Dobivanje video signala iz fotoćelije kod Saticoma je slično kao i kod većine drugih slikovnih cijevi, no specifičnost Saticona očituje se u tome što za foto premaz koristi posebnu kombinaciju i raspored kemijskih elemenata koji dobro reagiraju na sve tri primarne boje (RGB) i što koristi poseban filtar, ugrađen unutar same cijevi, kojim se osim same informacije o svjetlini slike (luminiscencija) također razdvajaju i mjere intenziteti boja (krominancija) za kasnije elektroničko dobivanje signala slike u boji. Filtar čine dva vrpčasta dikroična filtra, jedan za žutu i drugi za cijan (plavo-zelenu) boju.
Osnovni prikaz Saticona u boji sa filtrima. Filtar za temperaturu boja služi za korekciju spektra boja ovisno o vanjskom izvoru osvjetljenja (5500/3200°K). Disperzijski filtar poboljšava balans bijele boje. Prednja staklena ploča dizajnirana da sprječava ulazak svjetlosti koja dolazi previše sa strane i koja bi kvarila kromatski signal. Za izdvajanje informacija o bojama, odnosno za modulaciju boja koristi se poseban vrpčasti dikroični filtar. Signalna ploča prikuplja negativni naboj (elektrone) sa fotoosjetljive površine. Fotoosjetljivi sloj je mješavina elemenata kojima se postiže najbolja osjetljivost na sve primarne boje. Elektronski snop udara u površinu napravljenu od materijala koji sprječava pojavu sekundarne emisije elektrona. Cijela konstrukcija Saticona napravljena je da se dobije zanemariv odsjaj, mala struja tame, nisko povlačenje i veće statičko i dinamičko razlučivanje.
Krenimo prvo od samog načina dobivanja električnog signala iz svake pojedinačne točke fotosloja Saticoma. Na površinski fotosloj fotoćelije (preko različitih izmjenjivih vanjskih filtara) projicira se optička slika dobivena sa objektiva kamere. Ovisno o tome koliko je koji djelić fotosloja osvijetljen projiciranom slikom tako će se na tom djeliću površine proizvesti veći ili manji broj elektrona. Signalna elektroda napravljena je od vrlo tankog i prozirnog materijala koji propušta svjetlost, no taj sloj je također dobar električni vodič sa puno slobodnih elektrona. Signalna elektroda sa fotoosjetljivim slojem čini P-N sloj koji propušta elektrone samo u jednom smjeru.
Ukoliko nema ulazne svjetlosti, fotoosjetljivi p-sloj predstavlja velik otpor za elektrone koju na suprotnoj površini stvara elektronska zraka i oni neće proći na pozitivnu signalnu elektrodu. Tako imamo površinu signalne elektrode “n” na pozitivnom potencijalu i elektronskim snopom negativno nabijenu površinu fotoosjetljivog sloja “p” (zapravo je to pomoćni sloj koji smo označili sa px a on služi samo da spriječi sekundarnu emisiju elektrona). Ove dvije suprotno nabijene površine sa fotoslojem između njih (p-sloj) možemo promatrati kao svojevrsni nabijeni kondenzator. Elektroni unutar elemenata fotosloja, kada nema svjetlosti, će biti privučeni na pozitivnu elektrodu ali ne dovoljno jako da sa odvoje od svoje atomske jezgre, tako da će kondenzator držati naboj i struja neće teći.
Međutim, kada na fotoosjetljivi sloj dođe svjetlost energija fotona će početi izbijati elektrone od atoma te će oni postati slobodni i započeti će se kretati prema pozitivnoj signalnoj elektrodi. Istovremeno, elektroni koji su prešli na pozitivnu elektrodu će sa druge strane fotoosjetljivog sloja biti nadomješteni elektronima koje nosi elektronska zraka. Što je svjetlost jača, fotona je više, više je izbijenih elektrona i više elektrona će biti nadomješteno sa elektronskom zrakom, što u konačnici znači da će kroz signalnu elektrodu poteći jača struja. Elektronska zraka je fokusirana u vrlo tanku liniju (točku) i ona se kreće isto kao i kod CRT ekrana redak po redak po površini signalne ploče (625 redaka po PAL standardu). Struja na signalnoj elektrodi pojaviti će samo na mjestu, odnodno u točki gdje trenutačno udara elektronska zraka jer ona nosi nadomjesne elektrone. Tako ćemo na izlazu dobiti video signal koji u svakom trenutku odgovara jačini svjetlosti na pojedinoj poziciji zrake, dakle pojedinoj točki slike.
Da bi uopće mogli shvatiti i najosnovniju elektroničku blok shemu kamere Panasonic WVP-55E moramo prvo shvatiti kako radi kolor Saticon, odnosno kako se preko njegovih filtara dobiva signal sa informacijama o luminanciji i krominanciji. Saticon inače spada u kategoriju “single-tube” kolor slikovnih cijevi jer je slika u boji dobiva preko samo jedne video cijevi. Osim kod Saticona ova tehnologija se primjenjivala i kod nekih tipova Vidicona.
Kolor filtar unutar Saticona sastoji se od naizmjeničnih traka (vrpci) žutog i cijan filtra koje su međusobno postavljenje pod točno određenim kutom tako da geometrijski prate razmak vertikalnih redaka slike, te imaju točno definiranu širinu i međusobni razmak. Prvo se trebamo podsjetiti prikaza boja u standardnom RGB spektru.
Cijan filtar propušta plavu i zelenu boju te blokira njemu komplementarnu crvenu boju, a žuti filtar propušta crvenu i zelenu boju te blokira njemu komplementarnu plavu boju. Kombinacija cijan i žutog filtra blokira crvenu i plavu boju.
Slika prikazuje kako su posložene trake filtara u Saticon kolor video cijevi. Elektronska zraka kojom se skeniraju pojedini redovi slike na svom putu prolazi kroz različite filtre: žuti, cijan, žuti+cijan i prozirni (bez filtra). Time će se nakon svakog skeniranog retka dobiti signal koji nosi različite kombinacije signala pojedinih boja. Ovdje je važno primijetiti da će se signal koji sadrži samo informaciju o crvenoj boji pojavljivati svaki treći redak fazno pomaknut za -90°, dok će se signal koji sadrži samo informaciju o plavoj pojavljivati svaki treći redak fazno pomaknut za +90°. Time na izlazu iz kolor Saticona dobivamo specifični video signal koji sadrži informacije o crvenoj i plavoj boji modulirane frekvencijom 3,9 MHz i nemoduliranu informaciju o zelenoj boji. Elektronika mora iz takvog signala izvući signal osvjetljenja (Y – luminanciju) te demodulirati crvenu (R) i plavu (G) boju.
Signal iz Saticona prvo se pojačava, a zatim vodi na dvije linije. Preko jedne linije se prigušuje (trap filtar) modulacijska frekvencija 3,9 MHz, te se dobivaju samo pomiješani signali boja čija srednja vrijednost amplituda definira signal jačine osvjetljenja (Y – luminancija). Preko druge linije izdvaja se samo modulacijska frekvencija 3,9 MHz modulirana signalom crvene i plave boje, te se ove boje demoduliraju iz iste. Boje se demoduliraju na način da iz moduliranog signala prvo dobije jedan signal fazno pomaknut za 90° i drugi signal sa zakašnjenjem od vremena trajanja jednog retka slike i invertiran (fazno zakrenut za 180°). Kašnjenje od jednog retka je potrebno jer se R i B signali pojavljuju svaki treći redak te je potrebno preskočiti redak između, a fazno zakretanje se vrši iz razloga da se kasnije u mješaču zbrajanjem i oduzimanjem signala mogu poništiti signali jedne boje (suprotnih faza), a izdvojiti signali druge boje (istih faza). Tako razdvojene frekvencije crvene i plave boje se zatim demoduliraju čime dobivamo ispravljene signale koji amplitudom odgovaraju razinama crvene i plave boje. PAL signal boje dobiva se miješanjem moduliranih signala boje (RYL i BYL) sa signalom luminancije YH.
Vidimo da se ovdje nigdje ne spominje signal zelene boje (osim za dobivanje signala ukupne svjetline Y). To je zato jer se u video sistemu ne prenose informacije o sve tri boje (RGB) nego samo o dvije boje, crvenoj R i plavoj B, a zeleni dio boje G se u prijemniku lako rekonstruira jer vrijedi Y = RGB. U niz naših objava o video uređajima vidjeli smo da ta tri signala Y, R i B prenose tako da se vrijednosti napona za crvenu i plavu boju spoje u Y signal sa suprotnim polaritetom te se dobiju signali razlike boja: V=R-Y i U =B-Y. Tako dobiveni V i U signali zatim u posebnim modulatorima moduliraju sa nosiocem boje kako bi se dobio signal boje, kojemu se dalje dodaju potisni i sinkronizacijski impulsi za konačni kompozitni video signal.
Ovdje smo na najjednostavniji i najopćenitiji način opisali osnovni princip rada video kamere Panasonic WVP-55E, odnosno općenito bilo koje kamere sa kolor Saticon cijevi. Svaka takva kamera ima još niz sklopova kojima se rješavaju razni problemi koji nastaju u miješanjima, filtriranjima i procesuiranjima različitih signala slike. Naravno, tu je i poseban sklop za snimanje tona, visoki naponi i otklonski stupnjevi za Saticon cijev i EVF monitor, ultrazvučni auto-fokus sistem, kao i nezaobilazni mikroprocesor kao upravljačko sučelje između vanjskih kontrola i svih sklopova video kamere.
Do ove razine kamera Panasonic WVP-55E se lako rastavlja. Objektiv čini odvojivu kompaktnu cjelinu sa elektromotorom i ultrazvučnim senzorom za automatski fokus. Otkrivaju se dvije glavne tiskane pločice sa jednostrukom štampom ali sa elementima montiranima sa obje strane pločice.
Na prvoj slici vidi se fotoosjetljivi sloj Saticon video cijevi i dva filtra koja se mogu postaviti između objektiva i Saticona. Žuti filtar je za promjenu temperature boja ovisno o tome kakav je izvor vanjskog svjetla (prirodan – OUTDOR ili umjetni – INDOR). Bijeli filtar je difuzijski filtar za bolje raspršivanje ulazne bijele svjetlosti (WHITE BALANCE). Na slici u sredini vide se izlazna leća objektiva, a slici desno je ultrazvučni senzor za mjerenje udaljenosti za automatsko podešavanje fokusa objektiva.
Ovo je pločica za napajanje te vertikalnim i horizontalnim otklonskim stupnjevima za Saticon cijev i CRT EVF monitor. Sadrži pet integriranih krugova:
- NJM 2048M – pozitivni regulator za izlazne napone 7,8 V, 4,8 V i 4,5V kojima se napajaju svi sklopovi na pločici
- NJM 3415M (x3) – operacijska pojačala
- NJM 2510S – vertikalni i horizontalni otklonski stupanj
Vertikalni oscilator napaja visokonaponski transformator koji osigurava visoke napone za elektrode Saticon cijevi i CRT EVF monitora. Anodni napon za Saticon je 1,4 kV, a za EVF je taj napon reda 3,5 kV. Horizontalni i vertikalni otklonski stupnjevi za Saticon cijev izvedeni su pomoću operacijskih pojačala NJM 3415M, dok su za CRT EVF monitor ti stupnjevi osigurani preko specijalnog čipa NJM 2510S. Osim toga, na pločici se nalazi još regulator za napon od 9 V koji se koristi za sklopove na drugoj pločici, te mikrofonsko pojačalo sa MJM 3415 i tranzistorsko izlazno audio pojačalo za slušalice.
Ovo je pločica sa svim ostalim sklopovima kamere prema našoj blok shemi. Gotovo svi sklopovi se baziraju na specijaliziranim integriranim krugovima (ukupno 14) te je osim njih upotrijebljeno relativno malo tranzistora i pasivnih komponenti. Za većinu tih integriranih krugova danas je nemoguće naći tvorničke podatke, no srećom dostupan je prilično dobar servisni priručnik za ovu kameru pa se lako može razlučiti uloga pojedinog integriranog kruga. Naravno, ako je kamera neispravna u tom dijelu danas će biti praktično nemoguće nabaviti ove čipove.
Linija za kašnjenje ADL-BP939A vremena trajanja jednog retka slike.
Ovdje se nazire pločica sa mikrokontrolerom MN1453AVJ. 4-bitne mikrokontrolere serije MN14xx razvila je Matsushita i pustila na tržište 1977. godine. MN1453 je CMOS inačica sa 512×8 ROM i 16×4 RAM memorije. U našoj kameri ovaj mikrokontroler je sučelje između vanjskih kontrola i internih senzora te sklopova koji trebaju biti aktivni/neaktivni u odabranom režimu rada.
CRT cijev EVF monitora sa otklonskim zavojnicama. Za vađenje ove CRT cijevi bilo bi potrebno rastaviti čitavu kameru, jednako kao i za vađenje slikovne Saticon cijevi. U ovoj fazi ipak nećemo dalje rastavljati ovu kameru.
Što se tiče mogućnosti servisa ove kamere, vidjeli smo da sadrži brojne specijalne integrirane krugove razvijene upravo za ovakve video kamere. Tu je i originalni Matsushita mikrokontroler i te čipove danas sasvim sigurno nećemo moći zamijeniti nikakvim dostupnim ekvivalentima. Neki elektroničari pristupaju popravci starih elektroničkih uređaja na način kao da će promjena svih elektrolitskih kondenzatora riješiti sve eventualne neispravnosti tog uređaja. U praksi to rijetko uspije, a potroši se puno materijala i vremena na takve zamjene. Štoviše, jednako često kao elektrolitski kondenzatori također mogu otkazati i drugi tipovi kondenzatora, a onda svakako nema smisla na pamet ići mijenjati sve kondenzatore, pa sve otpornike itd.
Kada imamo servisne sheme, možemo relativno precizno locirati na kojem dijelu sklopova bi mogla biti neispravna komponenta (nakon što dobro proučimo i shvatimo barem osnovnu blok shemu), a i tu ćemo naravno prije zamjene prvo provjeriti i izmjeriti ispravnost neke sumnjive komponente. Što se tiče ove naše kamere jasno je da se išlo na maksimalnu moguću minijaturizaciju i stoga pločice, iako su većim dijelom povezane razdvojivim konektorima, neće biti moguće potpuno odvojiti bez odlemljivanja nekih vodova i rastavljanja određenih elemenata šasije. Prilikom ponovnog sastavljanja sve mora sjesti opet točno na svoje originalno mjesto jer se u protivnom uređaj neće moći sklopiti.
Pinout konektora ovaj put imamo i test je pokazao da je naša kamera potpuno ispravna. Kao i kod svih drugih takvih kamera osvjetljenja nikad nije premalo i što je jače osvjetljenje slika će biti oštrija, a boje življe. Naravno, čak i u najboljim uvjetima ova kamera neće dati sliku kakvu smo navikli imati iz modernih kamera i fotoaparata. Ta slika zapravo neodoljivo podsjeća na slike sa prvih televizora u boji gdje su te boje bile svakako prisutne ali na nekakav poseban način prigušene i stopljene u onaj specifični vintage kolor ton starih filmova i snimaka.
Usudili bi se reći da slika iz ove stare kamere ima onu neku svoju zaobljenost i toplinu boja koje se diskretno pretapaju jedna u drugu, slično kao što bi jednako tako opisivali zvuk starih cijevnih radio prijemnika u odnosu na moderne SDR-ove. Jednostavno vas slika iz te kamere hipnotički vuče da pogledate svaki kadar u dometu kablova i uživate u toj razlici između stvarnosti i transformacije prikaza u neko vintage doba 🙂
Za opis i razumijevanje rada svih sklopova jedne video kamere potrebno je rezervirati puno vremena i to svakako nije cilj ove objave. Cilj nam je bio, kad već imamo jednu takvu kameru, upoznati se sa jednom posve specifičnom tehnologijom izrade i principa rada kolor Saticon cijevi za video kamere. Ta tehnologija je nastala zahvaljujući briljantnosti inženjera elektroničke i drugih struka kako bi odgovorili stalnim zahtjevima tržišta za elektroničkim proizvodima koji uvijek moraju biti što kvalitetniji, napredniji i kompaktniji od prethodnih modela, a s druge strane što jeftiniji i pristupačniji širokom krugu kupaca.
Bez obzira što je to danas stara ili zastarjela tehnologija, moramo se diviti tadašnjim elektroničarima, mehaničarima, tehničarima, projektantima i drugim specijalistima koji su za ono vrijeme i uz one alate uspjeli konstruirati jedan ovakav kompleksan uređaj. Posve je sigurno da projektiranje i razumijevanje rada svakog segmenta ove kamere nije bio na leđima jednog čovjeka kao što niti danas jedan čovjek može napraviti obrnuti inženjering i raščlaniti funkciju baš svakog elementa ove kamere. No svakako je zabavno naučiti kako je nekad davno postojala neka video cijev koja je mogla sama proizvesti video signal u boji koristeći samo dva trakasta optička filtra i koliko kod egoistični bili u svojem poznavanju elektronike, moramo se diviti kako su tamo neki Matsushita zaposlenici u ranim 1980-tim godinama realizirali jednu takvu genijalnu ideju 🙂