
ニプコーディスク(英語ではニプコフディスクとも呼ばれる。1884年に特許取得)は、スキャニングディスクとも呼ばれ、パウル・ゴットリープ・ニプコーがベルリンで特許を取得した、機械式の回転式幾何学的画像走査装置である。[ 1 ]このスキャニングディスクは、1920年代から1930年代にかけての機械式テレビ、ひいては最初のテレビの基本構成要素であった。[ 2 ]
この装置は、適切な材料(金属、プラスチック、厚紙など)で作られた機械的に回転する円盤で、等間隔に直径が等しい円形の穴が複数開けられています。精度を高めるために、穴は正方形にすることもできます。これらの穴は、円盤の外側の半径方向の点から始まり、円盤の中心に向かって一周する螺旋を形成するように配置されています。円盤が回転すると、穴は円環のパターンを描きます。内径と外径は円盤上の各穴の位置によって決まり、厚さは各穴の直径に等しくなります。パターンは、円盤の正確な構造によって部分的に重なる場合と重ならない場合があります。レンズは、その前のシーンの画像を円盤に直接投影します。[ 3 ]螺旋の各穴は画像の「スライス」を捉え、センサーによって明暗の時間的パターンとして取得されます。センサーが、同じ速度で同じ方向に同期して回転する2つ目のニプコー円盤の後ろにあるライトを制御するように作られている場合、画像は行ごとに再現されます。再現される画像のサイズは、やはりディスクのサイズによって決まります。ディスクが大きいほど、画像も大きくなります。
円盤を回転させながら、円盤を通して物体を観察する場合、特に円盤の比較的小さな円形セクター(ビューポート)、例えば円盤の4分の1または8分の1の角度部分を通して観察すると、観察対象として選択したセクターに応じて、物体はまず長さ方向、高さ方向、あるいは斜め方向に、線ごとに「スキャン」されているように見えます。円盤を十分に速く回転させると、物体は完全に見えるようになり、動きを捉えることが可能になります。このことは、円盤の小さな長方形領域を除いて全体を黒い厚紙で覆い(厚紙は固定したまま)、円盤を回転させ、その小さな領域を通して物体を観察することで直感的に理解できます。
ニプコー円盤を使用する利点の1つは、イメージセンサー(つまり、光を電気信号に変換する装置)を単一の光電池またはフォトダイオードのようにシンプルなものにできることです。これは、各瞬間において円盤(およびビューポート)を通して見える領域が非常に小さいため、画像をラインに分解する処理がほぼ自動的に行われ、走査線のタイミングをほとんど必要とせず、非常に高い走査線解像度が得られるためです。シンプルな画像取得装置は、ニプコー円盤を駆動する電動モーター、単一の感光性(電気)素子を内蔵した小型ボックス、および従来の画像焦点調整装置(レンズ、暗箱など)を使用して構築できます。
もう一つの利点は、受信装置が取得装置と非常によく似ている点である。ただし、感光素子が、取得装置から供給される信号によって駆動される可変光源に置き換えられている。また、2つの装置上のディスクを同期させる何らかの手段を考案する必要がある(手動から電子制御信号まで、いくつかの選択肢が考えられる)。
これらの事実は、スコットランドの発明家ジョン・ロジー・ベアードが成し遂げた最初の機械式テレビの製作、最初の「テレビ愛好家」コミュニティの設立、さらには1920年代の実験的な画像ラジオ放送に大いに役立った。
ニプコーディスクの走査線に沿った解像度は、アナログ走査方式であるため、潜在的に非常に高い。しかし、走査線の最大数はディスクの穴の数に等しく、実際には30~100本程度で、まれに200穴のディスクもテストされたことがある。
画像走査装置としてのニプコー円盤のもう一つの欠点は、走査線が直線ではなく曲線になることである。そのため、理想的なニプコー円盤は、曲率が小さい非常に大きな直径を持つか、または視野の角度開口部が非常に狭いかのどちらかである必要がある。許容できる画像を得る別の方法としては、円盤の外側セクターに近い位置に、より小さな穴(ミリメートルまたはマイクロメートルスケール)を開けることも考えられるが、技術の進歩により、電子的な画像取得方法が主流となった。
もう一つの大きな欠点は、ニプコー円盤を用いて行われた送信受信側での画像の再現にあった。画像は通常非常に小さく、走査に使用される表面と同じ大きさで、実用的な機械式テレビの場合、直径30~50cmの円盤では切手ほどの大きさだった 。
さらに、スキャン画像の非線形な形状や、少なくとも過去においてはディスクのサイズが実用的ではなかったことなど、いくつかの欠点があった。初期のテレビ受信機で使用されていたニプコーディスクは、直径がおよそ30 ~ 50cmで、30~50個の穴が開いていた。また、これらのディスクを使用する装置は、ノイズが多く重く、画質が非常に低く、ちらつきもひどかった。システムの画像取得部分もさほど優れておらず、被写体に非常に強力な照明が必要だった。
ディスクスキャナは、ファーンズワース・イメージディセクターと同様に大きな制約を抱えている。小さな開口部が視野全体を走査する際に、光がセンシングシステムに伝達される。実際に収集される光量は非常に小さな開口部を通して瞬時に発生するため、正味の収量は入射エネルギーのごくわずかな割合に過ぎない。
アイコノスコープ(およびその後継機)は、対象物にエネルギーを連続的に蓄積し、時間経過とともにエネルギーを積分します。走査システムは、対象物の各部位を通過する際に、蓄積された電荷を単純に「抜き取る」だけです。簡単な計算によれば、感度が同等の光感受性受容体の場合、アイコノスコープはディスク型スキャナーやファーンズワース型スキャナーよりも数百倍から数千倍も高感度です。
スキャンディスクは多角形ミラーに置き換えることもできるが、これも同じ問題、つまり経年劣化による統合性の欠如という問題を抱えている。
前述の実用的な理由から普及しなかった機械式テレビとは別に、ニプコー円盤は、強力な光学顕微鏡である共焦点顕微鏡の一種で使用されています。