Владимир Козьмич Зворыкин - [40]
Электрический заряд, создаваемый этим током за время развертки одного элемента изображения, равен
Сравнив эту величину с зарядом одного электрона е = 1,5910"19 кулона, найдем, что заряд, накопленный за время сканирования одного элемента изображения, содержит всего 63 электрона. Усиление столь малой энергии связано практически с непреодолимыми трудностями. Если мы теперь сопоставим полученные условия с условиями экспозиции фотопластинки, то увидим, что последние существенно лучше, поскольку в этом случае свет воздействует на все точки пластинки в течение всего времени экспозиции. В студийной обстановке время экспозиции достигает нескольких секунд, а при съемке внестудийных сцен составляет примерно сотую долю секунды, т.е. во много тысяч раз больше, чем в случае сканирования телевизионного изображения. При тех же благоприятных условиях работает и человеческий глаз, который по чувствительности мы считаем идеалом.
Если бы можно было создать телевизионную систему, работающую по принципу глаза, то свет от всех точек изображения воздействовал бы на фоточувствительный элемент все время. Тогда в нашем примере с изображением, состоящим из 70 ООО элементов, выходной фотоэлектрический сигнал от каждой точки был бы в 70 ООО раз больше, чем в обычной системе. Однако поскольку для передачи по одному каналу связи требуется развертка изображения, необходимы какие-то средства для накопления энергии изображения между двумя последовательными моментами сканирования каждой точки.
Автор начал работать над реализацией этой идеи несколько лет назад и нашел несколько решений данной проблемы. Одно из них состояло в использовании специальной электронно-лучевой трубки с мозаичной фоточувствительной структурой, нанесенной на изолированную металлическую пластинку, как показано на рис. 12 из патента, выданного на один из вариантов разработанной системы[17]. Каждый элемент мозаики представляет собой миниатюрный фотоэлемент. Изображение проецируется на мозаику, в результате чего происходит непрерывная эмиссия фотоэлектронов в соответствии с распределением освещенности на поверхности изображения. Заряд, накопленный каждым элементом мозаики, снимается электронным лучом один раз за каждый повторяющийся кадр изображения. Полученные импульсы усиливаются и используются для модулирования интенсивности электронного пучка в приемной трубке, изображение в которой воспроизводится на флюоресцентном экране.
Рис. 12. Передающая трубка со схемой по заявке В.К. Зворыкина 1925 года
Передающие трубки такого типа были изготовлены несколько лет назад и подтвердили правильность основной идеи. В последующие годы эта разработка продолжалась в научно-исследователь- ских лабораториях фирмы "Westinghouse Electric and Manufacturing Co.", в Восточном Питтсбурге.Один из первых успешных экспериментов по приему изображения на электронно-лучевую трубку с использованием в качестве передатчика механического гальванометра был проведен в 1929 г.[18], и его результаты были доложены на собрании Института радиоинженеров в Рочестере в ноябре 1929 г. На следующий год эта работа была передана лабораториям фирмы "RCA Victor Co.", г. Камден, где продолжалась разработка системы на основе электронно-лучевой трубки для приема изображения, сканируемого с помощью диска. Данные исследования описаны в серии статей, опубликованных в журнале "Proceedings of the IRE".
Тем временем продолжалась разработка и передающей трубки, и вскоре полученные результаты стали превосходить результаты механического сканирования, которое в конце было полностью заменено новой трубкой, названной иконоскопом (от греческих слов "икон" - изображение и "скоп" - наблюдение).
Для того чтобы уяснить принцип действия иконоскопа, лучше всего рассмотреть схему одиночного фотоэлектрического элемента мозаики, показанную на рис. 13. Буквой Р здесь обозначен сам фотоэлемент, а С- емкость по отношению к общей пластине всех элементов, которую мы будем называть "сигнальной пластиной". Всю электрическую цепь можно проследить, начиная от катода Рс к емкости С, сопротивлению /?, источнику электродвижущей силы В и кончая анодом Ра. Когда свет от спроецированного изображения падает на мозаику, каждый элемент Рс эмитирует электроны, и в результате конденсатор С положительно заряжается от энергии света, причем величина заряда зависит от интенсивности освещения. При попадании электронного луча, сканирующего мозаику, на данный элемент РсС этот элемент захватывает электроны из пучка и, можно сказать, разряжается.
Разряжающий ток от каждого элемента пропорционален положительному заряду последнего и, следовательно, пропорционален интенсивности света, падающего на этот элемент. С помощью электрической схемы ток разрядки затем преобразуется в напряжение сигнала на выходном сопротивлении R.
Если представить графически рост заряда на элементе РсС с течением времени (рис. 14), то можно увидеть, что за счет света от изображения потенциал непрерывно растет. Крутизна этого роста dv/dt зависит лишь от яркости точки изображения, освещающей данный элемент. Линейность характеристики сохраняется до момента насыщения емкости С, величина которой выбирается такой, чтобы при заданной частоте повторения разрядов N насыщение никогда не наступало. Поскольку частота развертки постоянна, интервал времени t = 1/N также постоянен, поэтому величина заряда зависит лишь от яркости данной конкретной точки изображения. При постоянной интенсивности сканирующего пучка импульс тока, текущего через сопротивление /?, и, следовательно, падение напряжения Vx на этом сопротивлении также пропорциональны яркости данной точки изображения. Потенциал V{, являющийся выходным сигналом каждого отдельного фотоэлемента иконоскопа, поступает затем на усилитель.
