Телевидение - История появления телевидения

Современный житель планеты воспринимает телевизор в своем доме как бытовой электроприбор (сродни холодильнику или стиральной машине), функция которого - создавать приятное удобство для наблюдения за происходящими в мире событиями, принимая передачи с ближайшего телецентра или спутника-ретранслятора. Однако, подумав немного, нельзя не признать телевидение выдающимся изобретением XX века. И тогда может возникнуть вопрос: кто, где и когда изобрел это чудо?

Признаемся, однозначного ответа на этот вопрос у нас нет. Дело в том, что телевидение в своем развитии проходило такие стадии, когда очередное изобретение перечеркивало предыдущие, открывало абсолютно новые возможности, невероятные для достигнутого прежде уровня.

Рис. 1. Передающая камера с диском Нипкова на 30 строк.

Задача, решаемая телевидением, состоит из трех частей: 1) преобразование оптического изображения в электрический сигнал; 2) передача сигнала на расстояние; 3) обратное превращение электрического сигнала в видимую картинку, похожую на оригинал. Мало кто знает, что первые предложения по передаче изображений появились в 1843 г. - задолго до изобретения не только радио (1895), но и телефона (1876). В России в 1866 - 1868 гг. между Петербургом и Москвой действовал пантографический (то есть копирующий) телеграф. Житель любой из столиц мог, зайдя на станцию, написать текст или нарисовать картинку на металлической фольге для отправки ее адресату по телеграфным проводам.

Сначала люди передавали неподвижные рельефные изображения, специальным образом подготовленные. Постепенно процесс подготовки упрощался, затем научились передавать картины в движении. Но четкость переданного и в тот же момент принятого вида с натуры была невысокой, а изображение маленьким и тусклым. Аппаратура, с помощью которой осуществлялась передача, была громоздкой, с механически движущимися частями. Прошло немало времени, пока установки, смонтированные на телецентрах, избавились от вращающихся частей, мощных осветительных приборов - юпитеров, от которых в студии стояла неимоверная жара, а от работающих вентиляторов - шум.

В журнальной статье не рассказать о всех предложениях по передаче изображений. Только в XIX веке ученые и изобретатели ряда стран вынесли на суд общественности двадцать пять разных проектов (из них пять в России). Почти все авторы для преобразования отраженного света в электрический сигнал использовали свойство селена менять свою электропроводность в зависимости от освещенности. Но чистый кристаллический селен из-за инерционности фотоответа не позволял передавать быстро движущиеся объекты. Другая сложность вытекала из необходимости синхронного преобразования двумерного оптического изображения в одномерный электрический сигнал и обратного преобразования сигнала в изображение, то есть осуществления синхронной развертки.

Рис. 2 Схема диска Нипкова.

Эта задача нашла удачное решение в изобретении под названием Электрический телескоп (1884) немецкого инженера Пауля Нипкова (1860-1940), предложившего развертку и синтез изображения осуществлять путем вращения непрозрачных дисков с отверстиями около внешних их краев (рис.1 и 2). Каждое последующее отверстие смещалось к центру относительно предыдущего на его диаметр. При вращении диска на фотоэлемент в каждый момент падает свет только через одно отверстие, перемещающееся по дугообразной строке. За один оборот диска перед фотоэлементом проходят в строгой очередности все участки передаваемого изображения.

Диск Нипкова максимально упрощал развертку - превращение изображения в последовательности электрических импульсов, но ограничивал четкость изображения - число строк равнялось количеству отверстий.

На приемной станции устанавливался аналогичный диск между источником света и зрителем, причем яркость регулировалась сигналом от фотоэлемента, расположенного на передающей стороне системы. Практическое осуществление телевидения с дисками Нипкова относится к концу 20-х годов, когда началось телевизионное вещание с механической разверткой на 30-48 строк в США, Англии, Германии (с 1928-1929 гг.) и СССР (с 1931 г.).

Публика с восторгом приняла новую форму коммуникации, но после того, как перестал действовать фактор новизны, посыпались претензии: и яркость слабая, и четкость низкая, и размер экрана крошечный, и синхронизация неустойчивая. В русском языке появилось новое слово елевидение , отражающее недовольство телезрителей.

Следует сказать, что задолго до начала вещания критически оценил возможности механического телевидения наш соотечественник Борис Львович Розинг (1869-1933). Его изобретательская деятельность началась на студенческой скамье и не прекращалась до последних дней жизни. В автобиографии он назвал опыты по телевидению своей центральной работой , отметив, что впервые пришел к мысли о возможности осуществления электрического дальновидения в 1897 г.

В том же 1897 г. профессор Страсбургского университета К.Ф. Браун (1850-1918) опубликовал описание осциллографа с электронно-лучевой трубкой для визуального наблюдения электрических сигналов. Поскольку электрон как носитель элементарного электрического заряда был открыт Д.Д. Томсоном (1856-1940) после того, как статья Брауна увидела свет, то трубку назвали не электронно-лучевой (это ее современное название), а катодно-лучевой или просто катодной.

В трубке Брауна катодный луч с большим ускорением движется от катода к экрану, покрытому люминофором - веществом, светящимся при электронной бомбардировке. Вокруг трубки установлена катушка электромагнита, в которую подается исследуемый сигнал. Создающимся при этом магнитным полем луч отклоняется, вычерчивая на экране светящуюся кривую в соответствии с формой исследуемого сигнала. Между прочим, в усовершенствовании катодного осциллографа принял участие Л.И. Мандельштам (1879-1944), который был в то время ассистентом Брауна. Он разработал генератор пилообразного тока для развертки исследуемого сигнала по горизонтальной оси.

Розинг решил приспособить трубку Брауна для воспроизведения телевизионного изображения. Введя с помощью двух электромагнитов разноскоростную развертку, он получил светящийся прямоугольный растр, состоящий из целого набора строк. Для модуляции яркости он смонтировал внутри трубки дополнительный электрод в виде двух пластин, к которым подводился электрический сигнал от фотоэлемента передающего устройства. В зависимости от величины сигнала к экрану проходила меньшая или большая часть катодного луча, изменяя яркость свечения в соответствующих точках. Так родилась катодно-лучевая или электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), названная впоследствии В.К. Зворыкиным кинескопом (от греч. kineo - привожу в движение, skopeo - смотрю).

В передающей части телевизионной системы применялась оптико-механическая развертка с помощью многогранных зеркал.

25 июля (7 августа) 1907 г. Б.Л. Розинг зарегистрировал заявку на изобретение Способа электрической передачи изображений на расстояние . Получение английского (в 1908 г.) и германского (в 1909 г.) патентов, а затем и российской привилегии (в 1910 г.) позволило Борису Львовичу популяризировать свое изобретение. Он выступил с докладом в Русском техническом обществе (РТО), опубликовал статью в журнале Электричество . Сообщения о его изобретении появились в Англии, Германии, США, Франции. Дату подачи заявки принято считать датой рождения электронного телевидения, а Б.Л. Розинга - основоположником электронного телевидения.

Весь период от подачи заявки до получения привилегии на изобретение Розинг использовал для создания в экспериментальных мастерских Технологического института, в котором он был преподавателем, лабораторного макета передающей и приемной телевизионной аппаратуры. Четкое изображение, состоящее из четырех светлых полос на темном фоне, впервые было получено Розингом 9 (22) мая

Рис. 5Трубка Розинга.

1911 г. До Розинга, насколько нам известно, еще никому не удавалось демонстрировать действующую телевизионную систему любого типа. Для первых передач использовались простейшие сюжеты (решетка, крест, кисть руки). Работа телевизионного устройства была показана группе петербургских физиков - проф. В.Ф. Миткевичу, В.К. Лебединскому, С.И. Покровскому и др. Ассистировал Розингу его студент

В.К. Зворыкин, впоследствии американский ученый в области телевидения и медицинской электроники, оставивший воспоминания о первых демонстрациях.

- Рис. 6. Схема из привилегии Розинга.

Успех Б.Л.Розинга был отмечен присуждением ему в 1912 г. Золотой медали и премии имени почетного члена РТО К.Ф. Сименса. Эта премия присуждалась раз в два года за выдающиеся изобретения, усовершенствования или исследования в области электротехники, опубликованные на русском языке.

После публикаций Б.Л. Розинга в развитии телевидения наметились два конкурирующих направления. В брошюре, выпущенной в 1923 г., Розинг указывал на ограниченность оптико-механического телевидения, ратовал за развитие электронных систем. Позднее, в 1928 г., в журнале Научное слово , он писал: В отношении катодной телескопии предсказания являются несравненно более благоприятными, чем в отношении механической, поэтому решение задачи электрической телескопии в смысле получения легкого и простого прибора для широкого использования нужно ожидать скорее всего на этом пути .

Однако, как было отмечено выше, телевизионное вещание началось все же на базе оптико-механических систем. Этому находится свое объяснение. Дело в том, что к концу 20-х годов обе системы давали примерно одинаковое качество изображения, а промышленность еще не была готова к массовому выпуску электронных трубок. Несмотря на то, что Б.Л. Розинг продолжал совершенствовать свою телевизионную установку (повысив четкость до 48 строк), его идеи не находили сторонников до середины 20-х гг.

Первой ласточкой явился Аппарат для электрической телескопии - телевизионная система с электронно-лучевыми трубками в передатчике и в приемнике, спроектированная в 1925 г. Б.П. Грабовским (1901-1966) с товарищами (патент СССР № 5592). В передающей трубке имелись фоточувствительная пленка из щелочных металлов, термокатод, две пары отклоняющих пластин. Грабовскому с помощниками удалось построить действующий макет аппаратуры (трубки изготавливались на заводе Светлана ) и в течение зимы 1928 г. в Ташкенте проводить передачу и прием изображений - правда, весьма невысокого качества.

В отзыве на это изобретение Б.Л. Розинг писал: Наибольшая ценность проекта заключается в применении на обеих станциях (отправительной и приемной) катодных лучей, как обладающих свойством безынертности и допускающих поэтому возможность наиболее совершенной синхронизации движений .

Некоторый успех сопутствовал американскому изобретателю Ф. Фарнсворту (1906-1971), изготовившему полностью электронную телевизионную аппаратуру и даже начавшему на ней телевизионное вещание в 1931 г. Оригинальное решение проблемы нашел немецкий ученый М.фон Арденне (р.1907), приспособивший кинескоп для развертки изображения на передающей стороне по методу бегущего луча (светящимся растром просвечивались кадры кинопленки, а проходящий свет улавливался фотоэлементом).

Однако системы Грабовского, Фарнсворта, Арденне, как и бумажные (неосуществленные) проекты других изобретателей не привели к широкому внедрению электронного телевидения из-за их низкой чувствительности, что объяснялось нерациональным использованием в них светового потока от объекта передачи.

Счастливый жребий сделать последний шаг к окончательному торжеству электронного телевидения выпал на долю Владимира Кузьмича Зворыкина (1889-1982), ученика

Б.Л. Розинга, который в середине 1933 г. на съезде общества американских радиоинженеров в Чикаго сообщил о завершении им 10-летней работы по созданию полностью электронной системы телевидения, позволяющей передавать изображение с четкостью 300 и более строк. Зворыкину удалось изготовить передающую трубку с накоплением зарядов, чувствительность которой намного превосходила существовавшие датчики сигнала изображения. Этой трубке он дал название иконоскоп (от греч. еikon - изображение, skopeo - смотрю).

Секрет иконоскопа заключался в технологии изготовления светочувствительной мозаичной мишени - напылением тонкого слоя серебра на слюдяную подложку и нагреванием ее в печи при 400ОС. Тонкий серебряный слой при этом сворачивался , образуя мозаику из нескольких миллионов изолированных друг от друга глобул (капелек). После нанесения на них светочувствительного цезия глобулы превращались в миниатюрные фотоэлементы. Слюдяная подложка с противоположной стороны покрывалась сплошным металлическим слоем, образующим сигнальную пластину, с которой гранулы мозаики имели емкостную связь. Таким образом миниатюрные фотоэлементы становились миниатюрными конденсаторами, накапливающими заряды за время кадра. При проецировании оптического изображения на мишень миниатюрные конденсаторы накапливают заряды в соответствии с освещенностью. Электронный луч, пробегая по элементарным конденсаторам, разряжает их, создавая видеосигнал в цепи сигнальной пластины.

Работа В.К. Зворыкина получила высокую оценку. Так, например, проф. С.И. Катаев писал: лаборатории, руководимой Зворыкиным, удалось построить ... электронный передатчик телевидения, основанный на совершенно оригинальном принципе, позволивший передавать изображения со значительно большей четкостью, чем лучшие передатчики с диском Нипкова. С этого времени вопрос о том, какое из двух направлений в развитии телевидения следует считать решающим - механическое или электронное, - перестал быть темой дискуссии .

Через 1.5 месяца после доклада в Чикаго В.К. Зворыкин приехал в СССР и выступил перед специалистами в Москве и Ленинграде с докладами о разработанной им системе телевидения. Его доклады оказали заметное влияние на планы развития телевидения у нас в стране. В Ленинграде был создан ВНИИ телевидения, где уже в 1935 г. была разработана первая отечественная система телевидения с кинескопом и иконоскопом, а в 1937 г. создана аппаратура Опытного Ленинградского телецентра (ОЛТЦ) для передачи изображения с четкостью 240 строк. Параллельно велись работы на Московском телецентре по монтажу студийного оборудования на 343 строки, закупленного в США на фирме Зворыкина.

Об этих событиях Борис Львович Розинг не узнал - он скончался 20 апреля 1933 г. в Архангельске, куда был выслан решением ОГПУ в апреле 1931 г. Вина его заключалась в финансовой поддержке очень нуждавшегося преподавателя-коллеги, бывшего офицера. Реабилитирован Розинг в 1957 г. за отсутствием в его действиях состава преступления .

Предсказание Розинга о том, что наступит время, когда миллионы таких приборов, как электрический глаз будут всесторонне обслуживать общественную и частную жизнь, науку, технику и промышленность , сбылись.

Телевидение широко распространилось и как устройство для дистанционного контроля, и как электронное зрение промышленных автоматов и роботов, и как инструмент научных исследований, в том числе в космосе. Кинескоп, кроме телевидения, широко используется как экран радиолокатора, дисплей компьютера, индикатор разнообразных радиоэлектронных устройств.

А мы должны склонить голову перед памятью основоположника электронного телевидения, изобретателя прототипа кинескопа, скромного человека и большого ученого Бориса Львовича Розинга.