Александр Штейнгауз - Девять цветов радуги

Неужели от каждого такого фотоэлемента должны отходить проводники? 540 625 проводников? Конечно, нет! Здесь-то и применяется принцип преобразования поверхности изображения во время — принцип последовательной, поэлементной передачи изображения. Благодаря ему мы можем заменить 540 625 отдельных проводников всего лишь одним проводником, на конце которого будет контакт, попеременно подключающийся к каждому из фотоэлементов, обегая их в соответствии с законами нашего преобразования.

Как же перемещается такой контакт? Закон его движения остается точно таким же, как и закон движения бегущего луча. Контакт перемещается со строго постоянной скоростью слева направо вдоль горизонтального ряда зерен мозаики, или, как называют такой ряд, строки. Дойдя до правого конца строки, он мгновенно возвращается обратно, на левый край, и, встав в начале следующей строки, возобновляет равномерное движение. Пробежав таким образом все строки, контакт мгновенно возвращается в исходное положение, в начало первой строки. И все повторяется вновь и вновь на протяжении всей телевизионной передачи.

Контакту пришлось бы перемещаться с огромной скоростью. Так, при ширине мозаики 12 сантиметров и стандарте разложения 625 строк за время передачи одного кадра, равное 0,04 секунды (частота смены кадров в отечественном телевидении равняется 25 в секунду, что с точки зрения инерционных свойств глаза вполне достаточно, чтобы не ощущать мерцания и воспринимать все движения непрерывными), контакт пробежит расстояние 150 метров. А за секунду 3750 метров.

Это огромная скорость. И ни один обычный проводничок, ни один обычный контакт нельзя заставить перемещаться столь быстро. Поэтому их заменяет проводник, контакт особого рода — тончайший электронный луч. Заставить конец электронного луча, «упирающийся» в мозаику, перемещаться со столь большой скоростью уже нетрудно.

Чтобы нагляднее представить сказанное, лучше всего ознакомиться с устройством одного из типов передающих телевизионных трубок, который называется «ортикон».

Как видно из чертежа, ортикон представляет собой удлиненную стеклянную цилиндрическую колбу, имеющую расширение в передней части. Внутри колбы находятся мозаика и несколько электродов. После изготовления из трубки удаляется, по возможности, весь воздух.

Мозаика крепится на внутренней стороне передней торцевой поверхности трубки. В противоположном конце находится термокатод. Он раскаляется до высокой температуры с помощью специального электрического подогревателя, представляющего собой свитую в виде миниатюрной пружинки проволочку, напоминающую спиральку электрической плитки. Электроны, испускаемые термокатодом, летят в самых различных направлениях. Для того чтобы сформировать из них тончайший луч, состоящий из электронов, движущихся в одном направлении, и для того чтобы придать им необходимую скорость, в полости трубки помещена специальная электронно-оптическая система, состоящая из упомянутых уже электродов.

Схематическое изображение передающей телевизионной трубки типа ортикон, помещенной в систему электромагнитных катушек.

Снаружи трубку охватывает длинная электромагнитная катушка — соленоид. Через катушку пропускают постоянный ток, и образующееся магнитное поле позволяет довести толщину электронного луча до очень малой величины [36] Сечение электронного луча стараются сделать, по возможности, круглым. Диаметр сечения луча в месте его падения на мозаику должен быть точно равен ширине одной строки. . Между этой катушкой и баллоном трубки устанавливают еще две пары катушек, которые называются отклоняющими. В каждой паре протекает переменный ток особого вида. Под воздействием двух электромагнитных полей, создаваемых токами, протекающими через две пары отклоняющих катушек, осуществляется отклонение луча в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Скорости отклонения луча по горизонтали и по вертикали различны.

Одна пара катушек, обеспечивающих отклонение по вертикали, заставляет электронный луч медленно и равномерно смещаться по мозаике сверху вниз, а затем очень быстро возвращаться в исходное положение. Другая пара катушек отклоняет луч с равномерной скоростью по горизонтали слева направо, а затем мгновенно возвращает его назад, на левый край.

Частота тока в катушках вертикального отклонения во много раз меньше частоты тока, протекающего через катушки горизонтального отклонения. Поэтому и скорость движения луча по вертикали во много раз меньше, чем скорость движения по горизонтали. И, следовательно, электронный луч прочертит на мозаике столько горизонтальных строк (фактически они несколько наклонены вправо вниз), во сколько раз скорость движения вдоль строки превышает скорость смещения по вертикали, или, как говорят, по кадру.

Подобный метод последовательного разложения, развертки изображения на элементы с помощью электронно-лучевой трубки был предложен в России в 1907 году изобретателем Борисом Львовичем Розингом (1869–1933 гг.).

Итак, электронный луч, падающий на мозаику, выполняет роль проводника, контакта, последовательно замыкающего цепи всех элементарных фотоэлементов. Каждый из них, испуская электроны под воздействием света, накапливает положительный заряд. Такое накопление происходит в каждом из зерен мозаики. Оно длится между двумя последующими моментами, в которые на данное зерно падает электронный луч. Время, в течение которого электронный луч упирается в данное зерно, очень мало [37] Если кадр разбивается на 540 625 элементов и все они передаются за 1/25 секунды, то длительность пребывания луча на одном из элементов составляет всего 0,00000008 секунды! . Но его вполне достаточно, для того чтобы термоэлектроны луча полностью заместили излученные фотоэлектроны и свели положительный заряд зерна мозаики к исходному, нулевому.

Как только луч покинет элементарный фотокатод, последний вновь начнет испускать фотоэлектроны. В единицу времени он отдает их тем больше, чем он ярче освещен. Такой попеременный процесс отдачи фотоэлектронов и их восполнения термоэлектронами происходит на каждом из зерен мозаики в течение всего времени телевизионной передачи.

Так как освещенность всех зерен мозаики различна, то различной будет и убыль электронов. Следовательно, количество электронов, забираемых у луча, будет меняться при движении его от одного элементарного фотокатода к другому. И так как луч движется непрерывно, то это количество меняется непрерывно. В результате создается пульсирующий ток, который и представляет собой не что иное, как сигналы изображения, закодированные тем же шифром, что и раньше.