"Владимир Козьмич Зворыкин" - читать интересную книгу автора (Борисов Василий Петрович)

От электрической телескопии к электронно-лучевой трубке

"Электрическая телескопия" - под таким названием в 1880 г. была издана брошюра профессора физики из Португалии Адриано де Пайвы. По существу, это была первая книга, в которой давалось техническое обоснование возможности передачи на расстояние движущегося изображения. К тому времени в мире существовал телеграф, появились первые устройства телефонной связи.

Де Пайва рассматривал "телескопию" как дальнейшее развитие средств коммуникации. В описанном им проекте видимое оптическое изображение проецировалось на селеновую пластинку, как в фотоаппарате. Освещенность разных участков пластины была неодинаковой, соответственно менялось их электрическое сопротивление. Ученый предложил перемещать по пластине металлический контакт, осуществляя таким образом построчную развертку изображения. Получаемые электрические сигналы с участков селеновой пластинки последовательно передавались по проводам. Для воспроизведения изображения на расстоянии приемное устройство должно было повторять движение контактного стержня и использовать при этом полученные электрические сигналы. Приемным устройством в проекте де Пайвы являлся электрический источник света, помещенный за матовым стеклом.

В тот же период французский изобретатель К. Сенлек дал описание своего телевизионного устройства, названного им "телектроскопом". Изображение поступало на светочувствительную панель, состоящую из множества селеновых фотоэлементов. Механический коммутатор поочередно соединял эти элементы с проводом, передававшим электрический сигнал к приемному устройству. Приемное устройство представляло собой панель с таким же количеством элементов - платиновых проволочек, светившихся при прохождении электрического тока.

К числу первых проектов передачи изображения на расстояние относился и телевизионный проект русского ученого П.И. Бахметьева, опубликованный в журнале "Электричество" в 1885 г. [5]. Развертка передаваемой картины осуществлялась с помощью селеновых фотоэлементов, которые перемещались в плоскости проекции изображения по спирали (см. рис. 1).

Рис. 1. Схема телефотографа П.И. Бахметьева

а - система развертки, б - фотоэлементы; 1 - ось вращения, 2 - стержень, 3 - линейка фотоэлементов, 4 - направляющая

Электрические сигналы от каждого фотоэлемента передавались по проводам к приемному устройству. Изображение картинки воспроизводилось с помощью газовых светильников. Электрический импульс посредством заслонки ограничивал количество поступающего газа и соответственно интенсивность света газовой горелки. Свет от горелки проецировался на матовое стекло, выполняющее роль экрана.

Одной из основных проблем в разработке подобных проектов являлось последовательное разложение изображения на отдельные элементы. В 1883 г. простой способ развертки изображения был предложен немецким студентом Паулем Нипковым.

Рис. 2. Диск Нипкова

Главной деталью устройства механической развертки П. Нипкова являлся светонепроницаемый диск (рис. 2). Вблизи наружной окружности диска были просверлены сквозные отверстия. Каждое последующее отверстие было смещено по отношению к предыдущему к центру диска на небольшое, строго определенное расстояние. Такой диск помещался между передаваемой картинкой и фотоэлементом. Изображение картинки фокусировалось объективом на плоскость диска.

Рис. 3. Передача изображения на расстояние с помощью диска Нипкова

При вращении диска свет от изображения "засвечивал" на фотоэлементе одну за другой строчку, каждая из которых была смещена по отношению к предыдущей на заданную величину (рис. 3).

Диск Нипкова позволял превращать освещенное изображение в последовательность электрических сигналов, передаваемых от фотоэлемента по проводам на приемную станцию, где с помощью сигналов создавалось модулированное световое излучение. Яркость источника света меняется в зависимости от освещенности отдельного элемента передаваемой картинки. Теперь, если между этим источником света и зрителем устанавливался аналогичный, вращающийся синхронно диск Нипкова, зритель видел на крошечном экране изображение, посылаемое от удаленного передатчика. Диск Нипкова в разных модификациях стал почти непременным элементом систем механического телевидения, разрабатывавшихся в последующие полвека. Оптико-механическим телевизионным системам были присущи "врожденные" недостатки: маленький размер экрана и невозможность получения четкой картинки (увеличение числа строк требовало значительной освещенности).

Идея передачи цветного телевизионного изображения возникла сразу у нескольких изобретателей в конце XIX в. Одним из первых техническую реализацию такой идеи предложил русский инженер А.А. По л у мордвинов. Разработанное им устройство основывалось на теории трехкомпонентного цветового зрения Ломоносова-Юнга-Гельмгольца. Задачу разложения изображения в аппарате Полумордвинова выполняли два диска, вращающиеся на параллельных осях с разной скоростью. Щели в дисках имели различную форму (см. рис. 4), ромбическое отверстие, которое образовывалось при их пересечении, служило развертывающим элементом.

Рис. 4. Светораспределитель А.А. Полумордвинова

Цветоделение сигнала происходило в результате наложения на щели в одном из дисков красного, зеленого и фиолетового светофильтра. Каждые три последовательные строки в устройстве Полумордвинова отличались, таким образом, по цвету. Аналогичные развертывающие диски устанавливались перед фотоэлементом на передающей стороне и перед источником света в приемнике.

Заявка А.А. Полумордвинова на изобретение "светораспределителя для аппарата, служащего для передачи изображений на расстояние" была подана им в Департамент торговли и мануфактур Министерства финансов России 23 декабря 1899 г. Через несколько дней (27 декабря) автор заявки участвовал в I Всероссийском электротехническом съезде в Петербурге, где имел возможность прослушать доклад А.С. Попова "Телеграфирование без проводов".

При всем разнообразии идей и проектов в течение полувека после появления брошюры де Пайвы телевидение оставалось лишь объектом для экспериментов в условиях лаборатории.

В 1897 г. немецкий физик К.Ф. Браун разработал катодную трубку, в которой электронный луч воспроизводил на флюоресцирующем экране исследуемые электрические сигналы в виде светящихся линий. В 1907 г. русский физик Б.Л. Розинг усовершенствовал трубку Брауна, сделав из нее прибор для воспроизведения движущегося или неподвижного изображения. Разработанная Розингом телевизионная установка свидетельствовала о принципиальной возможности преодоления ограничений, присущих системам с оптико-механической разверткой (см. следующий раздел).

В 1908 г. англичанин А. Кэмпбелл-Суинтон предложил проект системы телевидения с использованием в приемнике и передатчике электронно-лучевых (катодных) трубок.

Положительно сказалось на развитии телевидения изобретение в 1906 г. Ли де Форестом аудиона - усилительной лампы.

К началу 1920-х годов высоковакуумные электронные лампы стали надежным средством усиления слабых электрических сигналов. В 1925 г. американский изобретатель Ч. Дженкинс осуществил передачу движущегося изображения из одного города в другой с помощью радиосвязи. Развертка картинки в этих экспериментах была механической: Дженкинс лишь заменил отверстия диска Нипкова линзами.

В Европе в этот период наибольшую известность получили опыты английского изобретателя Дж. Бёрда. В 1926 г. он демонстрировал передачу изображения с разверткой на 30 строк. Так же как Дженкинс, для своих демонстраций Бёрд использовал лишь простейшие предметы: изображение было нечетким и зачастую трудно узнаваемым. Однако опыты свидетельствовали о принципиальной возможности телевидения, что не могло не вызвать интерес инвесторов и промышленных фирм.

Механическому телевидению был отпущен короткий век (1920-1930-е годы), но и это время фирмы использовали с максимальной для себя выгодой. Известная телефонная компания "Белл" с 1927 г. начала организацию в США телевещания, используя для этого телефонную проводную связь. Не остались в стороне и такие крупные фирмы, как RCA (Радиокорпорация Америки), "Вестингауз", "Дженерал Электрик". В Германии выпуском телевизоров с механической разверткой занимались "Телефункен" и "Фернзее"; в Англии акционерную компанию, созданную Бёрдом, уже в скором времени стали теснить на рынке "Маркони" и "Граммофонная компания" [6].

Молодая Страна Советов, стараясь не отставать от Запада, осуществляла разработку и производство телевизионного оборудования. Среди проектов механического телевидения, предлагавшихся отечественными авторами, можно выделить установку для передачи изображений, созданную в 1926 г. замечательным изобретателем Львом Терменом.

От диска Нипкова устройство развертки Термена отличалось тем, что вместо отверстий или линз в нем использовались маленькие зеркала с различным углом наклона к плоскости диска. Изобретатель увеличил число строк развертки до 32; по отзывам современников изображение на экране хорошо передавало движения руки, профиль лица, разнообразные предметы. Телевизионная камера конструкции Термена была установлена над входом в Управление РККА на Арбатской площади в Москве. Нарком К.Е. Ворошилов демонстрировал красным командирам в приемной своего кабинета возможность видеть подходящих к зданию людей, не выглядывая в окно [7].

С 1 октября 1931 г. регулярные телевизионные передачи начала осуществлять студия Московского радиовещательного технического узла на Никольской ул. За основу отечественной системы было взято оптико-механическое телевизионное оборудование, разработанное лабораторией П.В. Шмакова при Всесоюзном электротехническом институте им. В.И. Ленина. Развертка изображения осуществлялась при помощи диска Нипкова, имевшего 30 отверстий. Размер кадра на диске ограничивался рамкой 32 х 24 мм. Для приема телевизионных передач использовались два приемника: один - для приема сигналов изображения, другой - для приема звука.

Параметры развертки отечественного телевидения - 30 строк, 12,5 кадров - соответствовали стандартам министерства почт и телеграфов Германии. Поэтому советские телезрители могли принимать сигналы и немецких радиотелевизионных станций.

Телевизионные передачи из Московского радиотехнического узла принимались в Москве, Ленинграде, Одессе, Нижнем Новгороде, Томске и других городах.

В воспоминаниях отечественного радиоспециалиста Я.А. Рыфтина период механического телевидения охарактеризован следующими словами: "В начальный период развития, пока телевидение было новинкой, зритель довольствовался некачественными изображениями, как довольствовался в свое время некачественным звуковым вещанием".

Совершенствование элементов оптико-механической системы телевидения не могло преодолеть присущих ей недостатков - используемый при этом способ развертки изображения предполагал маленький размер экрана и нечеткое изображение. К концу 1930-х годов специалистам стало ясно, что направление развития телевидения с использованием механической развертки является тупиковым. Будущее принадлежало электронному способу передачи изображения.