Рождение телевидения

ИССЛЕДОВАНИЯ в области телевидения заняли более  чем 30 лет в жизни ученого и привели к открытию, принесшему ему мировую известность и послужившему основой для развития современного телевидения. Зарождение телевидения относится к 70-м годам прошлого столетия. Оно неразрывно связано с развитием электротехники и ее практическими применениями, в частности для связи на большие расстояния. Возможность бы строй передачи сообщений на большие расстояния в виде электрических сигналов наводила на мысль об использовании аналогичных принципов для передачи изображение на расстояние. Первые проекты систем для электрической передачи изображений были предложены вскоре после изобретения телеграфа и относились еще не к телевидению в современном понимании этого слова, а к фототелеграфии. т. е. передаче единичных неподвижных изображений (чертежей, рисунков и т. п.). Они основывались на использовании химического действия тока и применении различных механических устройств в передающем и приемном аппаратах. Передача сигналов осуществлялась по про водам, принимаемые изображения фиксировать на бумаге. Начало развития фототелеграфии связано с проектами А. Бейна (1842 г.), Ф. Бэйкуелла (1847 г.) и Дж. Казел- ли (1862г.). Фототелеграфия не давала возможности наблюдать удаленные объекты в движении в момент передачи независимо от расстояния и оптических препятствий. т. е. не решала в полной мере задачу видения на расстоянии. Различие между фототелеграфией и телевидением пример но такое же, как между фотографией и кино. Первые успехи в передаче неподвижных изображений по линиям связи привлекли внимание ученых и изобретателей к проблеме телевидения. Но для перехода от фототелеграфии к телевидению, т. е. к непосредственной пере даче движущихся изображений, требовались новые методы и технические средства, необходимо было преодолеть огромные технические трудности. Телевидение, или видение на расстоянии за пределами непосредственного зрительного восприятия объектов человеком, могло быть осуществлено на основе преобразования света в электрические сигналы. Принципиальная возможность осуществления телевидения появилась после того, как в 1873 г. английские ученые Дж. Мей и У. Смит открыли светочувствительность химического элемента селена, т. е. изменение его сопротивления под действием света. В результате изучения этого явления вскоре в различных странах были предложены многочисленные проекты «видения на расстоянии при по мощи электричества», в которых использовались свойства селена для светоэлектрического преобразования. В большинстве случаев эти проекты основывались не на каких-либо теоретических исследованиях и практических опытах, а на догадках и зачастую на неверных исходных положениях и поэтому не могли быть практически осуществлены. В некоторых проектах и предложениях со держалось рациональное зерно, но необходимые для их реализации элементы и приборы были еще несовершенны или вообще отсутствовали. Отдельные изобретатели пошли по известному в истории техники пути простого копирования явлений природы и пытались построить телевизионную систему по аналогии с устройством зрительного аппарата человека. Такая система была предложена в 1875 г. американцем Дж. Керн. Светочувствительной сетчатке глаза в ней соответствовала панель с большим количеством миниатюрных селеновых фотосопротивлений, составлявшая основу передающего устройства. Центры коры головного мозга, где создаются зри тельные восприятия, представлялись источниками света (например, лампочками накаливания) , расположенными на второй панели в месте приема. Каждое фотосопротивление па панели передатчика было связано с соответствующим источником света на панели приемника парой электрических проводов, выполнявших роль зрительных нервов. Преобразование оптического изображения в электрические сигналы в системе Кери должно было осуществляться одновременно и непрерывно всеми фотосопротивлениями. Все изменения передаваемого изображения отражались бы в изменении яркости свечения источников света в приемном устройстве, что позволяло в принципе производить передачу движущихся изображений. Эта система, получившая название многоканальной, не могла быть осуществлена практически вследствие ее сложности даже при не большом числе элементов изображения. Для практического решения проблемы телевидения нужно было найти такой способ передачи изображений, который позволял бы заменить большое количество линий связи между передающим и приемным устройствами од ной линией, т. е. перейти от сложной многоканальной системы к более простой, одноканальной. Этот переход означал замену одновременной передачи всех элементов изображения поочередной. Такая замена оказалась возможной на основе применения развертки изображения и использования инерционности зрительного восприятия. Первые одноканальные системы передачи, основанные на этих принципах, были предложены в 1877-1878 гг. независимо французским инженером М. Санлеком, португальским физиком А. де Пайва и русским студентом, впоследствии известным физиком и биологом П. И. Бахметьевым. Переход от многоканальной системы передачи изображений к одноканальной был связан с введением в телевизионную систему механических элементов. В отличие от чисто электрической статической системы Кери, не содержавшей никаких механических движущихся частей, в системы Санлека, де Пайва и Бахметьева требовалось применение более или менее сложных механизмов для развертки или разложения изображения на элементы. В последующие годы было предложено еще много проектов телевизионных систем, основанных на использовании светочувствительности селена и применении различных механических устройств. Передающее устройство в большинстве этих систем представляло собой сочетание теленового светоэлектрического преобразователя и механизма для развертки изображения. Такое направление в построении телевизионных систем не случайно. Оно было обусловлено общей тенденцией промышленно-технического развития во второй половине прошлого века, характеризующегося изобретением остроумных механизмов и совершенствованием машин, и опиралось на хорошо развитые отрасли науки, техники и промышленности. Известно более ста проектов систем передачи изображений, появившихся в разных странах в период с 1880 по 1900 г. Однако лишь немногие из этих проектов имели практическое значение для развития телевидения. Важным шагом в деле практического решения проблемы телевидения явилось изобретение в 1884 г. П. Нипковым (Германия) простого оптико-механического устройства для построчной развертки и воспроизведения телевизионных изображений. Основным элементом в передатчике и приемнике его системы был развертывающий диск, получивший название диска Нипкова. Он представлял собой непрозрачный круг большого диаметра, у внешнего края которого расположены по спирали небольшие круглые отверстия на одинаковом угловом расстоянии одно от другого. Каждое последующее отверстие смещено на величину своего диаметра к центру диска. В передатчике диск находился между передаваемым объектом и селеновым фотосопротивлением. Изображение передаваемого объекта фокусировалось объективом на плоскость диска. При вращении диска сквозь его отверстия свет проходил на фотосопротивление поочередно от отдельных элементов изображения. Таким образом осуществлялось разложение светового потока изображения на элементарные световые потоки. Каждое отверстие давало одну строку изображения. За один оборот диска на фотосопротивление последовательно воздействовал свет от всех элементов изображения, что соответствовало передаче одного кадра. Число строк в кадре равнялось числу отверстий в диске. В приемке такой же диск располагался между глазом наблюдателя и источником света, модулируемым фототоком передатчика; этот диск вращался синхронно и синфазно с диском передатчика. При наблюдении источника света через отверстия вращающегося диска наблюдатель мог видеть передаваемое изображение в плоскости диска. Для модуляции источника света Нипков предполагал использовать открытое Фарадеем вращение плоскости поляризации света в магнитном поле, а также колебания мембраны телефона. Телевизионная система с дисками Нипкова содержит в себе основные элементы оптико-механических телевизионных систем. Проект Нинкова относится к немногим проектам начального периода истории телевидения, в которых имелись оригинальные идеи, приблизившие решение задачи видения на расстоянии, но он был неосуществим в то время из- за несовершенства отдельных элементов системы. Основная трудность состояла в невозможности получить достаточно сильный сигнал изображения вследствие невысокой чувствительности селенового фотосопротивления. В таком состоянии находилось телевидение, когда эта проблема привлекла внимание Б. Л. Розинга. Начало его практических исследований в области передачи изображений, которую он называл электрической телескопией, от носится к 1897 г.  В Константиновском училище Борис Львович познакомился с преподавателем электротехники, капитаном артиллерии Константином Дмитриевичем Перским. Это был широко эрудированный человек, принадлежавший к числу передовых русских офицеров. Так же как и Борис Львович он интересовался вопросами передачи изображении на расстояние и следил за всеми новыми достижениями в этой области. К. Д. Перскому принадлежит приоритет на термин «телевидение», который он впервые употребил в докладе «Современное состояние вопроса об электровидении на расстоянии (телевизирование)», прочитанном им на 1-м Всероссийском электротехническом съезде в 1900 г., а за тем на Международном электротехническом конгрессе в Париже.  Не достигнув положительных результатов с различными вариантами электрохимических систем передачи изображений и убедившись в их бесперспективности, Б. Л. Розинг настойчиво ищет новые пути и средства решения задачи. Быстрое развитие естествознания и физики и ряд важных научных открытий и изобретений, сделанных в конце ХIХ и начале XX а., подготовили необходимую научно- техническую базу для разработки новых методов телевидения. Открытие внешнего фотоэффекта, изобретение электронно-лучевой трубки, изобретение радио оказали решающее влияние на развитие телевидения. Работая в лабораториях с осциллографическими трубками Брауна и наблюдая, как электронный луч вычерчивает на экране трубки сложные светящиеся фигуры, Б. Л. Розинг пришел к мысли использовать электронный луч для воспроизведения изображений в системе электрической телескопии.  В 1902 г. Б. Л. Розинг применил электроннолучевую трубку в приемном устройстве системы с электрохимическими элементами на передающей стороне. Трубка имела две пары отклоняющих электромагнитов, расположенных взаимно, перпендикулярно и соединенных со стержнями электролитической ванны. Луч света был заменен металлическим штифтом. При движении штифта по слою медно го купороса пятно на экране трубки перемещалось в со ответствующую точку. Электронный луч чертил вензеля и буквы, выводимые металлическим штифтом на отправительной станции. Затем отклоняющие электромагниты трубки соединялись на передающей стороне с реостатами, движки которых перемещались по кругу. Одновременным изменением положений движков можно было получать такой же эффект, как и при перемещении штифта в электролитической ванне. Но таким способом можно было передавать не оптическое изображение, а только простые рисунки, буквы, цифры, тогда как целью изобретателя было осуществление передачи на расстояние живых сцен. Впоследствии стало известно, что аналогичный способ передачи рисунков и письменного текста с воспроизведением их на экране электроннолучевой трубки разрабатывался в то же время в .Германии М. Дикманом и Г. Глаге и был запатентован ими в 1906 г.  Так шаг за шагом Борис Львович создавал свою систему электрической передачи изображений, настойчиво экспериментируя и проверяя практически каждое ее звено. И только после того как вся схема и все ее элементы были тщательно продуманы, он подал заявку на выдачу ему привилегии на изобретение «Способа электрической передачи изображений». Это было 25 июля 1907 г., т. е. спустя 10 лет после начала первых опытов. В том же 1907 г. Б. Л. Розинг подал патентные заявки на свое изобретение в Германии и в Англии. Интересно отметить, что патенты в этих странах он получил раньше, чем в России (в Англии - 25 июня 1908 г., в Германии - 24 апреля 1909 г., в России - 30 октября 1910 г.) Таким образом, приоритет Б. Л. Розинга на открытие нового способа приема изображений в телевидении был неоспоримо закреплен в полученных им русском и иностранных патентах. Новая схема телевизионной системы Розинга с использованием модуляции скорости движения электронного луча в приемной трубке была запатентована им в 1911 г. в России, а затем в Англии, Германии и США. Отмечая заслуги Б. Л. Розинга в области электрической телескопии. Русское техническое общество присудило ему в 1912 г. золотую медаль и премию имени почетного члена общества К. Ф. Сименса. Эта премия присуждалась один раз в два года за выдающееся изобретение, усовершенствование или исследование в области электротехники. Но несмотря на все это, работой Розинга не заинтересовались ни правительственные учреждения, ни военное ведомство, очевидно потому, что она не могла сразу дать конкретно ощутимые результаты. Поэтому ученому пришлось проводить свои эксперименты, не получая никакой поддержки. После первых успешных опытов передачи изображений Борис Львович продолжает кропотливую работу по усовершенствованию своей системы. Полученные результаты не удовлетворяли его. Он ясно отдавал себе отчет в том, что они только подтверждали правильность принципов построения системы, но не могли считаться приемлемыми с практической точки зрения. Однако эти результаты оказались настолько грубыми, -писал он,- что я решил вновь подвергнуть переработке на этот раз все части прибора: оптическую систему, фотоэлектрическую цепь, синхронные приспособления и брауновскую трубку» . Большое внимание было обращено на совершенствование оптической системы передающего устройства. Нужно было добиться того, чтобы на зеркальную грань падал световой луч минимального сечения, а переход его с одной строки на другую совершался практически мгновенно. Оказалось, что эту задачу можно решить, направляя свет от передаваемого предмета на зеркало через оптическую трубу Кеплера с большой светосилой. Важным шагом в усовершенствовании приемного устройства, имевшим большое значение для дальнейшего раз вития электронного телевидения, был переход от газона полненной трубки с холодным катодом к вакуумной трубке с накаливаемым катодом и магнитной фокусировкой электронного пучка. В 1924 Б. Л. Розинг воссоздал свою систему и внес ряд усовершенствований в передающее и приемное устройства. Была разработана новая оптическая система для «по лучения неискаженного в отношении яркости, отчетливо сти и увеличения изображения». Для повышения четкости изображения число граней барабана, вращающегося вокруг горизонтальной оси, было увеличено до 48, а второй барабан замешан одним зеркалом. Это зеркало при помощи эксцентриков совершало колебательное движение, двигаясь равномерно в одну сторону в течение 0,1 сек., затем быстро возвращалось в исходное положение и снова начинало движение в прежнем на правлении. Такая система развертки обеспечивала правильное чередование строк без всяких перерывов. Изображение разлагалось на 2400 элементов. Была также изменена схема получения отклоняющего напряжения для электроннолучевой трубки. Оно снималось с конденсатора, соединенного через большое сопротивление с источником тока. Конденсатор заряжался за время поворота барабана на одну грань и разряжался практически мгновенно. Благодаря этому к трубке подводилось отклоняющее напряжение пилообразной формы. В другом варианте пилообразное отклоняющее напряжение получалось от схемы с катушкой индуктивности. Подверглась изменению и электроннолучевая трубка приемного устройства. Основное внимание Б. Л. Розинг сосредоточил на получении тонкого электронного пучка, уменьшении аберраций и устранении взаимодействия фокусирующего и отклоняющего полей. Опыты, проведенные С. Л. Розингом в ЛЭЭЛ в 1924- 1928 гг., показали полную работоспособность его телевизионной системы и правильность принципов, на которых она строилась. В лабораторных условиях можно было передавать простые изображения с четкостью 48 строк. Изображения на экране трубки получались вполне точные и настолько яркие, что их можно было фотографировать. В 1928 г. Б. Л. Розинг предложил новую телевизионную систему, интересную во многих отношениях. В середине 20-х годов телевидение сделало свои первые практические шаги. Некоторые изобретатели в США, Англии и СССР осуществили передачу на небольшие расстояния силуэтных движущихся изображений при помощи оптико-механических телевизионных систем. Сопоставляя два шути развития телевидения, Б. Л. Розинг выступает как убежденный сторонник и пропаган-дист электронного телевидения. В ряде статей, опубликованных в различных журналах, он доказывает, что задача телевидения может быть решена только при помощи электронных средств. «В отношении катодной телескопии предсказания являются несравненно более благоприятны- и, чем в отношении механической,- писал он в 1928 г.,- поэтому решение задачи электрической телескопии в смысле получения легкого и простого прибора для широкого пользования нужно ожидать скорей всего на этом пути»  Развитие электронного телевидения в эти годы проходило в борьбе с противодействием сторонников механического телевидения, пессимистически оценивавших перспективы электронных систем из-за больших технических трудностей, связанных с их созданием. Но идея электронного телевидения, как самая прогрессивная, оказалась наиболее жизненной. В 20-х годах в ряде стран были предложены системы телевидения, являвшиеся вариантами системы Б. Л. Розин- га. Для передачи изображения в них применялось то или иное оптико-механическое устройство, а для приема - электроннолучевые трубки, аналогичные трубкам Розинга. Такие системы были запатентованы Никольсоном и Сэбба в США, Довийе и .Валенси во Франции, Дикманом в Германии и др. Некоторые из этих изобретателей построили свои системы и добились определенных практических результатов. Работавший в области телевидения французский ученый Фурнье, оценивая влияние Б. Л. Розинга на развитие телевидения, писал в 1926 г.: -Систему русского профессора Бориса Розинга можно рассматривать как прототип современных приборов телевидения. Передающая телевизионная трубка, в которой оказалось возможным практически использовать эффект накопления электрических зарядов, была изобретена в 1931 г. в СССР С. И. Катаевым. Несколько позже, в том же 1931 г. аналогичная трубка, названная иконоскопом, была разработана независимо от Катаева американским специалистом В. К. Зворыкиным  бывшим учеником Б. Л. Розинга по Технологическому институту. Работы в области телевидения Зворыкин начал под влиянием Б. Л. Розинга. Сам он так говорит об этом: «Когда я был студентом, я учился у профессора физики Б. Розинга, который, как известно, первым применил электроннолучевую трубку для приема телевизионных изображений. Я очень, интересовался его работами и просил разрешения помочь ему. Много времени уходило у нас на беседы и обсуждение возможностей телевидения. В это время я полностью понял недостатки механического телевидения и необходимость применения электронных систем» . Иконоскоп Зворыкина не имел каких-либо принципиальных отличий или технических преимуществ по сравнению с трубкой Катаева. В дальнейшем название иконоскоп стало применяться как к трубке Зворыкина, так и к трубке Катаева, и широко вошло в специальную литературу, как сама трубка вошла в технику телевидения. Изобретение иконоскопа явилось поворотным пунктом в истории телевидения, определившим направление его дальнейшего развития. Стало совершенно ясно, что никакая из существовавших в то время оптико-механических систем, несмотря на все усовершенствования, не может конкурировать с электронной телевизионной системой. Иконоскоп обеспечивал телевизионные передачи с большим числом строк. С появлением иконоскопа завершился период искания путей практического осуществления передачи изображений на расстояние и становления электронных телевизионных систем. Переход от смешанных телевизионных систем (оптико-механические передающие и электронные приемные устройства) к полностью электронным системам начался практически с 1934 г. и был завершен в разных странах в течение 3-4 лет.

1	2