МОЗАИКА ЗВОРЫКИНА
В 1932 году началась новая эпоха в истории телевидения. В этом году было опубликовано изобретение американского инженера Зворыкина.
В самом деле, к этому времени стало ясно, что тот принцип, на котором строилась тогда вся система передачи изображений, не может полностью разрешить задачи дальновидения. Тут произошло то же, что и с передачей звука по радио: если бы не была изобретена электронная лампа, мы бы могли только сообщаться по эфиру посредством точек и тире, а не слышать человеческий голос или звучание инструмента.
Основное техническое затруднение в механической системе телевидения состояло в следующем. Чтобы полученное изображение целиком соответствовало передаваемому, последнее нужно было разложить на огромное количество мельчайших элементов. Это ясно: чем меньше отдельные камешки мозаики, тем точнее можно изобразить всякую картину.
Американец Э. У. Энгстром вычислил, что для того, чтобы изображение могло только заинтересовать зрителя своим содержанием, нужно (при существующих небольших размерах экранов), чтобы оно состояло не менее чем из 200 линий или около 70 тыс. отдельных элементов.
А механическая система с теми фотоэлементами, какие до тех пор существовали, могла дать максимум 5 тыс. точек. Это был предел, обусловленный размером отверстий в диске Нипкова: чтобы увеличить число элементов, надо сделать большее количество отверстий в диске, а для этого приходится уменьшать их размеры; но при уменьшении этих отверстий луч света, проникающий через них, становится настолько малым и слабым, что самые лучшие фотоэлементы не могли «разобрать» колебаний в его интенсивности.
И вот перед техникой стала дилемма: либо надо изобрести новый, необычайно чувствительный фотоэлемент, либо надо отказаться от того принципа, на котором была построена вся система телевидения, и найти какой-то другой принцип.
Произошло и то, и другое почти одновременно.
Американский изобретатель Фарнсворт и в то же время наш молодой ученый Кубецкий нашли новый принцип создания сверхчувствительного фотоэлемента. А известный исследователь в области радио и телевидения американец Зворыкин создал совершенно новый принцип телевидения.
Зворыкин создал прибор, во многом похожий на человеческий глаз. В нем есть хрусталик (объектив), есть сетчатка, на которую падает изображение и которая состоит из множества мельчайших частиц (нервных окончаний), воспринимающих степень освещенности отдельных точек.
Этот «глаз» Зворыкин назвал иконоскопом (от греческих слов «иконос» — изображение и «скопо» — смотрю). Вот как он устроен. В расширенную часть стеклянной колбы помещена тонкая пластинка из слюды. С одной стороны она покрыта сплошной металлической пленкой, а с другой—«мозаикой», состоящей из большого количества изолированных одна от другой мельчайших частиц серебра, обработанных цезием. Такие частицы представляют собой микроскопические фотоэлементы.
 |
| Иконоскоп Зворыкина. Изображение (стрелка) падает через объектив и стенку колбы на "мозаику" (1) пластинки (2). На "мозаику" направляется электронный луч (3). Движением электронного луча по "мозаике" управляют электромагнитные катушки (4). |
Изображение отбрасывается через стекло колбы на «мозаику» пластинки. При этом микроскопические фотоэлементики под действием упавшего на них света начинают излучать электроны. И чем сильнее освещена каждая точка «мозаики», тем больше вылетает из нее электронов. Мы знаем, что электроны — это частицы отрицательного электричества. Следовательно, если электроны покидают зернышки «мозаики», то зернышки эти приобретают положительные заряды. Тогда между «мозаикой» и той металлической пленкой, которая нанесена на другую сторону пластинки, возникает разность потенциалов, возникает емкость, как между обкладками обычного конденсатора.
Можно сказать, что мы получили как бы электростатическое изображение передаваемой картины на пластинке в колбе: точки и участки ее, освещенные более ярко, имеют большой положительный заряд, освещенные менее ярким светом — меньший положительный заряд.
Теперь нужно как-то реализовать это невидимое электрическое изображение, разложить его на отдельные электрические импульсы («точки»), чтобы затем передать их в эфир — один за другим.
Для этого на «мозаику» направляется электронный луч, т. е. поток электронов. Он исходит из маленького раскаленного катода, расположенного в самом конце горлышка колбы, и затем с помощью весьма тонкой аппаратуры превращается в очень узкий пучок. Зворыкину удалось уменьшить диаметр электронного луча в фокусе до 0,01 миллиметра.
Как только этот электронный луч упадет на зернышко «мозаики», происходит мгновенный разряд, ибо зернышко получает от электронного луча те недостающие электроны, которые были выбиты из него светом.
Но электронный луч быстро движется по поверхности «мозаики», прочерчивая на ней строку за строкой. В течение 1/24 доли секунды он обегает всю пластинку. Этим движением луча управляют электромагнитные катушки, расположенные вне колбы и питаемые током соответствующей частоты.
Движение электронного луча вызывает на пластинке ряд быстрых последовательных разрядов-импульсов, которые усиливаются и передаются в эфир в качестве сигналов изображения.
Аппарат для «реализации» этих сигналов, принятых из эфира, — телевизор, названный Зворыкиным «кинескопом», представляет собой такую же колбу с электронным (катодным) лучом. Дно колбы покрыто изнутри полупрозрачным флуоресцирующим слоем (экраном), который начинает светиться, когда к нему прикасается электронный луч. Полученные из эфира сигналы управляют этим лучом. Они делают его то более сильным, то более слабым и заставляют его двигаться точно так же, как двигался электрический луч в иконоскопе, т. е. на станции отправления. Так, луч, двигаясь по экрану, воспроизводит все точки передаваемого изображения. Таким образом на полупрозрачном дне колбы можно наблюдать полученное изображение.
 |
| Кинескоп Зворыкина для приема изображения. Основная часть его — "электронная пушка" (1), которая под влиянием высокого напряжения, подводимого к ней по проводникам (3), выбрасывает из себя тонкий пучок электронов (6), вылетающих из накаленной током нити (2). Металлические пластинки (4) и (5), питаемые переменным напряжением, заставляют проходящий между ними электронный луч отклоняться вправо-влево, вверх-вниз. На дне колбы, покрытом флуоресцирующим слоем (7), получается изображение. Его рассматривают через дно колбы. |
Описанная катодная система телевидения Зворыкина имеет существенные преимущества перед прежними механическими системами.
В катодной системе нет ни одной движущейся детали. И развертка изображения на передатчике и составление изображения в телевизоре совершаются исключительно электронными процессами, практически не обладающими инерцией, т. е. совершаются мгновенно.
Катодная система развертки изображения основана, как мы видели, на принципе накопления электрических зарядов на «мозаике». Это — чрезвычайно важное обстоятельство. Ведь основной порок механической системы заключается в том, что при развертке в фотоэлемент попадает только одна ничтожная часть всего светового потока, направленного на картину. Весь остальной поток задерживается диском и пропадает зря. И продолжительность освещения каждой точки картины тем меньше, чем больше отверстий в диске и чем они меньше.
У Зворыкина же получается иначе. Под действием падающего на «мозаику» через фотообъектив светового изображения каждое «зерно» ее накапливает положительный заряд. Заряды эти создаются на всей пластинке и под влиянием всего светового потока, подающего из объектива.
Пока электронный луч от какой-нибудь точки «мозаики» обежит ее всю и снова вернется к этой точке, заряд последней все возрастает, так как световой луч, идущий через фотообъектив от изображения, продолжает вырывать из этой точки электроны. А известно, что чем длительнее время накопления заряда в конденсаторе в сравнении с временем его разряда, тем сильнее получается разрядный импульс.
Этот принцип накопления действия света теоретически ведет к тому, что эффективность катодного передатчика становится тем больше, чем больше элементов разложения (точек) и чем они меньше. Получается это вот почему. Чем меньше каждое зернышко мозаики, тем быстрее происходит его разряд. А чем быстрее происходит разряд, при одинаковом времени накопления заряда на данном зернышке, тем сильнее получается разрядный импульс. Следовательно, при все большем увеличении количества элементов разложения (зернышек мозаики) импульсы разрядного тока будут становиться все сильнее, — как раз то, что нужно для высококачественного телевидения.
Правда, на практике в связи с различными потерями и несовершенством усилителей удалось использовать пока не больше 5—10 процентов теоретического усиления. Но и этого оказалось достаточно, чтобы создать телепередатчик, который может работать при обычном дневном освещении, передавая достаточно четко не только «крупный план», но и все мелкие детали изображения.
Если раньше механическая система давала возможность разложить изображение на 1200 отдельных точек, то система Зворыкина позволила довести четкость до 76 тыс. точек. При этом скорость передачи отдельных полных кадров повысилась до 30 в секунду (в механической системе 12,5 в секунду).
Размер получаемого изображения зависит от величины колбы телевизора, от ее длины и диаметра дна. Таким образом изображение может быть увеличено до любого размера. Но большие колбы неудобны, громоздки и дороги. Обычный размер изображения при катодном телевидении 16×20 сантиметров. Однако яркость и четкость его настолько велики, что позволяют при помощи обычного объектива проектировать это изображение на экран размером до 1 кв. метра.
Так, изобретение Зворыкина положило начало новой эпохи в развитии телевидения.
„ЛОВУШКА“ ФАРНСВОРТА
Доктору Зворыкину, одному из талантливейших электрофизиков нашего времени, удалось блестяще разрешить противоречия механической системы телевидения. Его метод накапливания электрических зарядов на «мозаике» под действием света (изображения) позволил сделать сигналы изображения настолько относительно значительными, что дальнейшее усиление их обычными средствами не представляло никаких затруднений.
В этом, собственно, и состояла главная задача. Дело в том, что сигналы эти по абсолютной величине все же чрезвычайно малы. Это так называемые микротоки. Чтобы передать в эфир, их нужно значительно усиливать. А для этого существовало только одно средство: обычный ламповый усилитель, какой применяется во всяком радиоприемнике.
Если такой усилитель отделить от приемника и, продолжая питать его током, включить телефонные наушники, то мы услышим характерный шум, несмотря на то, что никакой передачи нет. Этот шум создают различные электронные и тепловые процессы, происходящие в лампах. Чем больше «каскадов» усиления, т. е. чем больше ламп, тем более усиливаются шумы. Другими словами, чем больше мы усиливаем сигналы, тем сильнее дают себя знать шумы.
Современная радиотехника настойчиво борется с этими шумами, но уничтожить их пока не удалось. Ламповый усилитель может усиливать только такие сигналы (звуковой передачи или изображения), которые по своей интенсивности превосходят «уровень собственных шумов» усилителя. Более слабые сигналы теряются в этих шумах. Так искажается «естественность» в передаче звуков, так на экране телевизора возникают ненужные затемнения.
Заслуга Зворыкина в том и состоит, что он своим методом «накопления» зарядов сумел поставить сигналы изображения над уровнем шумов усилителя.
Система Зворыкина сделала, во-первых, возможной передачу высококачественных изображений и, во-вторых, вывела телевидение из специальных студий в естественные условия, чтобы передавать на расстояние события, происходящие при обычном солнечном освещении.
 |
| Камера телепередатчика Фарнсворта, так же как и камера иконоскопа Зворыкина, очень похожа на обычный фотоаппарат. |
Однако вскоре после изобретения Зворыкина произошло событие, показавшее, что возможность дальнейшего совершенствования телевидения еще далеко не исчерпана. Этим событием явилась новая система телевидения, разработанная американцем Фарнсвортом.
Фарнсворт пошел по другому пути, чем Зворыкин. Он создал принципиально новый усилитель слабых фотоимпульсов. Усилитель этот обладает чрезвычайно низким «уровнем собственных шумов» и позволяет усиливать весьма слабые электронные токи в миллионы раз. Эту же задачу, правда несколько иначе, разрешил и наш ленинградский инженер Кубецкий.
Новый усилитель «электронный мультипликатор Фарнсворта» или «Трубка Кубецкого» — позволил по новому, более просто разрешить и задачу развертки изображения в телевидении.
В самом деле, если малая величина фотоимпульсов не служит более препятствием к их дальнейшему усилению и передаче, то уже нет более надобности в «накоплении» зарядов на «мозаике» зворыкинского иконоскопа.
Система Фарнсворта, так же как и система Зворыкина, чисто электронная, в ней нет ни одной вращающейся детали. Основной прибор —- «диссектор» («рассекатель» изображения) — чрезвычайно прост. Он состоит из небольшого стеклянного цилиндра, закрытого с обеих сторон стеклянными же основаниями. Из цилиндра выкачан воздух.
Одно из оснований цилиндра покрыто с внутренней стороны тонким, полупрозрачным фотоэлектрическим слоем. Это фотоэлемент. Другое основание закрыто металлическим диском — анодом.
Извне на первое основание цилиндра при помощи обычного объектива направляется передаваемое изображение. Оно проходит через стекло трубки и, падая на фотоэлектрический слой, выбивает из него электроны. Благодаря тому, что металлический диск на другом основании цилиндра заряжен положительно, вылетевшие электроны (частицы отрицательного электричества) устремляются к этому диску.
Количество вылетевших электронов из разных точек фотоэлектрического слоя неодинаково: оно тем больше, чем ярче освещена данная точка. Из темных мест электроны совсем не вылетают.
Если заставить все вылетевшие электроны двигаться строго параллельно оси трубки, то в любом месте пересечения этого потока получится невидимая электронная картина, точно соответствующая изображению, которое нужно передать.
Параллельный поток электронов достигается так. Вокруг трубки, снаружи, навивается из проводов катушка — соленоид. По проводу пропускается постоянный ток. Тогда внутри катушки, следовательно и внутри трубки, создается магнитное поле, силовые линии которого идут параллельно оси трубки. По этим линиям и располагаются летящие электроны, дождем падающие на металлический диск.
В центре диска сделано маленькое отверстие, диаметр которого равен 0,038 сантиметра. Фарнсворт назвал его «ловушкой». Размер его определяет величину одного элемента изображения.
Представим себе, что весь поток «электронного изображения» быстро отклоняется то в одну, то в другую сторону, в то же время постепенно понижаясь так, что в результате этих движений все точки его последовательно проходят по «строчкам» перед «ловушкой». Тогда тончайшие пучки электронов разной интенсивности будут проскакивать в отверстие «ловушки» и попадать на другую сторону анода.
Эти движения всего потока легко осуществляются двумя парами электромагнитов, расположенных также вне трубки и питаемых переменным током, от частоты которого и зависит скорость «мелькания» всего электронного изображения перед «ловушкой».
 |
| В этой трубке, которую Фарнсворт назвал диссектором — "рассекателем изображения", падает электронный дождь, струи которого и составляют изображение. Проникая через "ловушку" в узкую часть трубки, эти "струйки" усиливаются в тысячи раз и в виде сигналов изображения передаются по радио в эфир. |
Так происходит разложение передаваемой картины на отдельные точки. Проскакивая через отверстие «ловушки», эти электронные «точки» попадают в мультипликатор (усилитель Фарнсворта, о котором мы уже говорили), усиливаются им в несколько тысяч раз и в виде сигналов изображения передаются в эфир.
Прием этих сигналов происходит точно так же, как и в системе Зворыкина: по дну колбы, покрытому флуоресцирующим слоем, бегает тонкий электронный луч, интенсивностью и движениями которого управляют полученные из эфира сигналы передатчика.
Таким образом основное отличие развертки Фарнсворта от других систем заключается в том, что здесь движется само изображение перед отверстием, тогда как во всех других системах изображение неподвижно и перед ним движется развертывающий его диск или — как у Зворыкина — электронный луч.
Фарнсворт получил прекрасные результаты. Чувствительность его передатчика такова, что позволяет передавать уличные сцены не только при ярком солнечном освещении, но и в пасмурный день. Телевидение окончательно преодолело огромные затруднения, связанные с освещением передаваемых объектов.
Вопрос о практических преимуществах двух систем — Зворыкина и Фарнсворта — решается сейчас в Англии. Для этой цели в Лондоне вводится массовая «служба телевидения» на ультракоротких волнах. Будут «телевещать» две фирмы: Бэрда — по системе Фарнсворта и Маркони — по системе Зворыкина.
Интереснейшие результаты может дать и комбинация этих двух систем. Ближайшее будущее покажет, какая именно система получит наиболее широкое и массовое распространение.
Комментариев нет:
Отправить комментарий