Электронное телевидение
В сказках происходящее «за дальними далями» показывали волшебные зеркала и яблочко на тарелочке. Предстояло совершить немало открытий, чтобы сказка о передаче движущихся изображений на расстояние стала былью. Появление телевидения было бы невозможным без изобретений камеры-обскуры и фотографии, телеграфа и радио, триодов и катодных ламп, без понимания природы света и открытия электронов. Первый успешный передающий электронно-лучевой прибор — иконоскоп — создал в 1931 г. в США русский эмигрант Владимир Зворыкин. С этой даты ведёт свою историю электронное телевидение.
Кодирование света
Изобретение фотографии показало, что изображение можно разложить на отдельные точки: чёрными точками формируются тени, белыми — света. В 1843 г. шотландский изобретатель Александр Бейн изобрел копирующий телеграф, идея которого состояла в том, что засвеченные точки — это сигнал, а незасвеченные — отсутствие сигнала. С помощью электричества эти сигналы передавались на расстояние, строго соблюдая развёртку — последовательность передачи сигналов, построчно, сверху вниз.
В копирующем телеграфе Бейна уже были три признака телевизионных систем: разложение исходного изображения на точки-сигналы для их передачи, построчное «считывание» — развёртка изображения, синхронизация контактов передатчика и приёмника.
Идея Пайвы
В 1873 г. открыли, что изолятор-селен на свету начинает проводить ток (фотоэффект селена). В 1878 г. португальский физик Адриано де Пайва подключил к батарее пластину, собранную из изолированных селеновых элементов-точек и засветил её в камере-обскуре. Засвеченные селеновые элементы проводили ток от батареи, причём чем сильнее была засветка, тем больше тока проводил элемент. Электрические сигналы разной силы считывались с пластины бегающим контактом.
По мысли Пайвы, контакт должен был за доли секунды «пробегать» все точки селеновой пластины и посылать «считанные» сигналы лампочке, повторяющей его движения с той же скоростью и мерцающей в порядке «считывания» светлых и тёмных мест.
Инерция зрения зрителя сложила бы свет и движение лампочки в единый образ — световую копию исходного изображения.
Диск Нипкова
«Разогнать» механический коммутатор так, чтобы он за доли секунды обежал десятки точечных строк селеновой пластины, было невозможно. Немецкий студент Пауль Нипков в 1884 г. предложил получать развёртку с помощью вращающегося диска с несколькими десятками отверстий, расположенными по спирали. Диск Нипкова делал 12,5 оборота в секунду, сменяя 12,5 кадра в секунду — достаточная скорость для передачи движущихся изображений. Нипков применил свой диск в телевизионном аппарате, устроенном по схеме Пайвы. Инерция зрения, как и предсказывал Пайва, сливала строки в единый образ.
Механическое телевидение
Устройства на основе диска Нипкова получили название механическое телевидение. Аппарат Нипкова в 1898 г. усовершенствовал польский подросток Мечислав Вольфке, предложив передавать сигналы от пластины селеновых элементов с помощью радиосвязи. В 1888 г. русский физик В.А. Ульянин заметил, что при соприкосновении селена с металлом на границе селен-металл при её засветке вырабатывается электрический ток. Селеновая пластина, покрытая тонким слоем золота, стала первым фотоэлементом, позволяющим не только проводить, но и генерировать слабый электрический ток. Батареи стали не нужны. С появлением триодов слабые сигналы от засветки фотоэлемента, усиленные с их помощью, стало возможным передавать на расстояние. Первое неподвижное изображение было передано механическим телевидением в 1909 г. Качество изображений было низким, но переданные таким образом фотографии можно было печатать в газетах.
Поначалу механическим телевидением пользовались в основном фотожурналисты для быстрой передачи кадров в издательство. В 1925 г. добились передачи движущихся I изображений. С 1928 г. в США и Великобритании наладили выпуск первых механических телевизионных приёмников с развёрткой на 30 строк, и первые телевизионные станции стали регулярно передавать телерепортажи.
Трубка Крука
У механического телевидения не было будущего — достичь приемлемой чёткости изображения оказалось невозможно. Параллельно зарождалось электронное телевидение. Его история началась в 1879 г. с изобретения английским физиком У. Круком катодной трубки. В 1897 г., когда Дж. Томсон открыл электроны, выяснилось, что обнаруженные Круком в его трубке катодные лучи — это электронный поток. Также Крук заметил, что некоторые вещества — люминофоры — начинают светиться при облучении катодными лучами. Это явление — люминесценция — оказалось ключевым для создания телевидения.
Сканирующий луч
Французский физик К. Браун в 1895 г. диафрагмой сузил электронный поток в трубке Крука до узкого луча. Этот луч проецировался на экран — плоскую стенку трубки, покрытую люминофором, создавая на ней светящуюся точку. Расположив снаружи трубки катушки с током, Браун заметил, что создаваемое ими магнитное поле отклоняет катодный луч. Чем сильнее ток в катушках, тем резче отклоняется луч, вычерчивая на экране светящуюся линию. Добавив ещё пару катушек сверху и снизу трубки, луч заставили отклоняться и в вертикальном, и в горизонтальном направлениях, точка за точкой и строчка за строчкой проходить весь экран, полностью сканируя его.
Дополнив трубку третьим электродом — сеткой и изменяя в ней напряжение тока, стали регулировать силу электронного потока и соответственно яркость световой точки от катодного луча на люминофорном экране.
Кинескоп Розинга
Свечение люминофора под воздействием катодного луча играло роль лампы механического телевидения. Мгновенно сканирующий экран луч — роль механической развёртки (скользящего контакта и диска Нипкова). Изменение интенсивности свечения точки заменяло действие фотоэлемента. Русский физик Б.Л. Розинг первым заметил, что созданная для исследования различных токов электронно-лучевая трубка предоставляла всё необходимое для телевизионного приёма. На основе этой трубки он создал кинескоп — приёмную телевизионную трубку. Но для передачи световой копии объекта Розинг использовал механическую развёртку — сложную систему зеркал, передающую световую информацию на фотоэлемент.
В 1911 г. Розинг передал и принял на люминофорный экран кинескопа размытое изображение освещённой солнцем решётки своего сада. Это было первое изображение, полученное с помощью электроники. Кинескоп Розинга в 1929 г. усовершенствовал его ученик В.К. Зворыкин, русский учёный, эмигрировавший в США после 1917 г.
Иконоскоп Зворыкина
Для перехода к электронному телевидению надо было заменить механический передатчик электронной передающей трубкой. Над её созданием уже более 20 лет трудились учёные всего мира, но видеосигнал, снимаемый с фотоэлементов, был слишком слаб, чтобы получить распознаваемое изображение. Весь фотоэлемент засвечивался 0,1 сек., пока сканирующий луч «обегал» его целиком. За это время со всей пластины можно было бы снять достаточно большой выработанный ею заряд. Но электронный луч разряжал каждую из её 10 000 ячеек по очереди, снимая заряд, выработанный всего за 0,1: 10 000 сек. И этот заряд был ничтожно мал. Если бы ячейка накапливала заряд все 0,1 сек. засветки, его мощность возросла бы в 10 000 раз и сигнал стал бы пригоден для передачи.
Американский инженер Ч. Дженкинс предложил накапливать заряд ячеек конденсатором, и Зворыкин воплотил эту идею, создав в 1931 г. иконоскоп. Иконоскоп стал основой телевизионной камеры-передатчика, отправляющей видеосигналы на приёмники — телевизоры с кинескопами. В 1932 г. при помощи иконоскопа с передатчика, установленного на небоскрёбе Эмпайр-стейт-билдинг в Нью-Йорке, начались экспериментальные передачи электронного телевидения. Выпущенные к тому времени электронные телевизоры с кинескопами Розинга-Зворыкина, принимали сигналы этого передатчика в радиусе 100 (!) км.
Развитие идеи
На родине телевидения, в США, его распространение задержала Великая депрессия. Регулярное электронное телевещание впервые возникло в Англии в 1936 г., а первым событием, с которого вели прямую электронную телетрансляцию, стала Берлинская Олимпиада 1936 г. В СССР регулярное телевещание началось в 1939 г., но тогда оно было доступно немногим.
Попытки сделать телевидение цветным велись ещё на этапе развития механического телевидения, а электронную систему цветного телевидения начали разрабатывать в середине 1940-х гг. Лучи от трёх электронных пушек проецировались на разные слои люминофора фотоэлемента с красным, зелёным и синим цветом свечения. Оптическое смешение этих цветов давало полноцветную картинку.
Быстрому распространению цветного телевещания мешала его дороговизна, и в широкой продаже цветные телевизоры появились в США лишь в 1954 г. Их цена по тем временам была колоссальной — более 1000 долларов. В СССР цветные телевизоры стали выпускать в 1967 г., а массовая замена в России чёрно — белых телевизоров на цветные пришлась уже на 1990 -е гг.
