Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Человек может не только слышать, но и видеть. Зрительно мы воспринимаем до 90 % информации об окружающем мире, а потому ее передача через картинку на экране более эффективна. Создание изображения на экране — сложный технический процесс. Рабочая часть телевизора, с которой непосредственно имеет дело зритель, называется электронно-лучевой трубкой, или кинескопом.

Это вакуумная лампа, принимающая на себя ток под высоким напряжением. Поскольку ток является направленным движением заряженных частиц — электронов, то они внутри трубки превращаются в бегущий луч. Под действием магнитов отклоняющей системы луч колеблется влево-вправо, пробегая по экрану. Эта часть кинескопа изнутри покрыт веществом люминофором, которое вспыхивает под влиянием электронного луча. Если луч очертит на люминофоре какой-то образ, то на экране появится светящееся изображение. Оно будет держаться до тех пор, пока луч обегает все точки этого изображения.

Предшественником телевизора является катодная трубка, благодаря которой Дж. Дж. Томсон открыл существование электрона. В этой трубке также был установлен покрытый люминофором экран, на который попадал электронный луч, отклонявшийся под действием магнитных полей, создаваемых специальными магнитами. Сейчас в обыкновенном телевизоре такие магниты управляются блоками строчной и кадровой разверток.

Поскольку управлять потоком электронов в вакууме тогда никто не умел, то катодная трубка Томсона была крайне примитивной и не годилась для создания телевизионного изображения. Однако Томсон в своем устройстве использовал, в чем нетрудно убедиться, все классические принципы создания телевизионного изображения. Электронный луч создавался на катоде кинескопа посредством термоэлектронной эмиссии, открытой Т. А. Эдисоном.

Явление термоэлектронной эмиссии сводится к интенсивному испусканию электронов металлом при нагреве. Катод электронно-лучевой трубки сильно нагревается под действием тока, оттого электроны активно срываются с него и быстро приобретают нужную скорость. Их поток движется в трубке со скоростью 70 000 км/с. Вообще, свободные электроны способны перемещаться в пространстве со скоростью света, т. е. 300 000 км/с. Но отклоняющая система своими магнитными полями существенно тормозит движение частиц.

Создание телевизионной техники приходится на 1940-е гг., когда американским инженером Зворыкиным, русским по происхождению, был сконструирован иконоскоп. Он представляет собой трубку наоборот, т. е. не для показа изображения, но для его передачи. Экран иконоскопа покрыт мозаичным слоем из фотоэлементов весьма малых размеров. По этому слою пробегает электронный луч, обеспечивающий контакт фотоэлементов с усилителем сигнала.

Когда на экран проецируется кинематографическое изображение, оно превращается фотоэлементами в импульсы тока, преобразуемые усилителем. Впоследствии такие сигналы передавались по радио на волнах метрового диапазона. Их приемником служил телевизор, представлявший собой видоизмененный иконоскоп. В настоящее время телевизионный тракт включает в себя массу устройств, начиная от объектива кинокамеры и заканчивая выходом кодирующего устройства в телеприемнике.

Телевидение тесно связано с электричеством, магнетизмом и радиосвязью, поскольку базируется на принципах этих отраслей физики. Оптика же объясняет физические закономерности восприятия зрительной информации и обосновывает ключевые позиции техники формирования телевизионного изображения. Если бы оптика не открыла удивительных особенностей нашего глаза, то люди никогда бы не смогли создать телевизор.

Поэтому величайшая заслуга в изобретении этого устройства принадлежит в первую очередь оптической науке. Оптики установили, что зрение человека обладает несколькими особенностями: инерционностью, ограниченной разрешающей способностью по угловому расстоянию и перемещениям, одинаковой разрешающей способностью по угловому расстоянию. Инерционность зрения позволяет воспроизводить на телеэкране изображение, разбив его на элементы. То есть последовательность быстро сменяющихся картинок воспринимается нами как одна картинка.

Воспроизведение на экране движущихся предметов на сменяющихся картинках осуществляется путем подачи компонентов движения. Изменение положения объектов изображается поэлементно — в виде отдельных подвижек. Ограничивающая разрешающая способность зрения по перемещениям создает у телезрителя иллюзию пластичности движений. Ограничивающая разрешающая способность по угловому расстоянию сводится к тому, что глаза не различают далеко расположенные предметы. Если угловое расстояние между любыми двумя объектами меньше 1 с, то оба воспринимаются как один предмет.

Одинаковая разрешающая способность заключается в независимости остроты глаза от направления зрения. Оба вида разрешающей способности позволяют подобрать ограниченную полосу частот телесигнала. Под частотами понимаются горизонтальная частота строк изображения и вертикальная частота кадров. Они задаются строчной и кадровой развертками (горизонтальной и вертикальной, как их иногда называют).

Заголовок раздела обещает дать объяснение принципов работы цветного телевизора. Внимание цветному телевидению уделено не случайно. Во-первых, конечно, черно-белые экраны сейчас безвозвратно уходят в прошлое. Во-вторых, и это самое главное, заслуги оптики в данном случае более очевидны. Не сразу техники догадались, как сделать картинку цветной. Человек воспринимает 500 000 цветов и оттенков. Все это богатство красок нельзя превратить в один-единственный слой люминофора. Ответ пришел от нейрофизиологов и, разумеется, оптиков, которые сообща открыли физико-химический механизм цветовосприятия.

Вклад оптиков был решающим, поскольку существование разных цветов объясняется разными длинами волн и, соответственно, различными частотами светового излучения. Человек способен видеть только три цвета, тогда как остальные не воспринимает. Об этом впервые догадался великий русский ученый М. В. Ломоносов. Сегодня известно, что человеческое зрение работает по особому принципу.

Ранее сообщалось, что, хотя свет и распространяется в виде волн, поглощается он минимальными порциями — квантами. Точно так же вода в реках движется в виде волн, но вот пить ее можно лишь порциями — стаканами, бутылками, кружками и т. д. Каждая световая порция обладает какой-то энергией, зависящей от частоты излучения.

Поскольку частота связана с длиной волны, то получается, что энергия порций светового потока связана с длиной волны. Попадая в глаз, кванты света вызывают там химические реакции, которые приводят к появлению у человека цветоощущения. Дно глазного яблока выстлано тканью, называемой сетчаткой. Она содержит светочувствительные клетки — колбочки и палочки. Расположенные в центральной части сетчатки колбочки насчитывают 7 млн штук. Они бывают трех типов, отличающихся один от другого по виду содержащегося в них светочувствительного фермента.