История телевидения: от механических систем до электронного телевидения
От изобретения фотоэлемента Элстером и Гейтлом в 1892 году до первой демонстрации телевидения посредством механической системы развертки Дженкинсом прошло 33 года, а первый телевизор, запущенный в массовое производство, появился лишь в 1939 году. Прошло уже 127 лет, а телевидение все еще развивается и переходит все в новые форматы. Прогресс был бы невозможен без вклада первых ученых-энтузиастов, которые верили в возможность передачи изображения на расстояние.
Борис Львович Розинг – выдающийся русский ученый, который стоял у основ создания телевидения. Его разработки доказали возможность передачи и получения электронного телевизионного сигнала. Более того, разработанный в 1907 году Розингом прототип электронно-лучевой трубки (кинескопа) стал первым шагом в развитии электронного телевидения. Принципы и схемы, использованные им при создании кинескопа, применялись в производстве телевизоров еще 100 лет. Только в 1990-х годах на смену кинескопным телевизорам пришли жидкокристаллические.
Научная деятельность
40 лет своей научной деятельности Борис Розинг занимался изучением различных явлений и разработкой технических систем. На его счету более 25 патентов, привилегий и авторских свидетельств, а также свыше 50 крупных научных публикаций.
В начале своей карьеры Розинг изучал теорию динамического магнетизма некристаллических однородных тел и кристаллов. Он смог объяснить явление магнитотрикции, при котором длина железных проволок изменяется от намагничивания. Причина такого изменения – гистерезис (свойство физических, биологических и т. д. систем, мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит, в том числе, и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией). Розинг открыл это явление в 1894 году параллельно с японским ученым Хантаро Нагаокой. Борис Розинг занимался также созданием аккумуляторов с подвижным слоем электролита, изучал превращение тепловой энергии в электрическую и обратно.
В начале 1890-х годов его увлекли труды Порфирия Бахметьева, физика и биолога экспериментатора русско-болгарского происхождения. Бахметьев разработал "телефотограф" – средство для передачи изображений на расстоянии. И сформулировал принцип телевидения: "Изображение должно быть разложено на отдельные элементы, элементы последовательно переданы и вновь собраны в единое целое". Руководствуясь этим принципом, Розинг проводил исследования в области телевидения. Стоит отметить, что термин "телевидение" был впервые произнесен в 1900 году Константином Перским. Однако в СССР он стал часто употребляться лишь в 1930-х годах. До этого использовались термины "дальновидение", "радиоскопия", "электровидение".
К началу ХХ века уже были созданы устройства, которые производили развертку изображения на элементы и вновь собирали его механическим способом, а электронный сигнал передавали с помощью радио. В первых исследованиях Розинг пробовал совместить в одной системе механические и электронные устройства. Он использовал диск Нипкова (круг с нанесенными мелкими отверстиями по Архимедовой спирали) для разделения изображения на строчки и передавал их в электронный приемник сигнала – катодную трубку, где катодный луч проецировал изображение на фотоэлемент.
В ходе опытов ученый понял, что электронные системы более практичные и перспективные, чем механические. Более того, у Розинга к этому времени уже был опыт исследования электрической энергии и свойств магнетизма. В качестве устройства воспроизведения изображения Розинг применил катодную трубку Крукса – Брауна. В 1902 году он провел эксперимент: приемником послужила катодная трубка, а передающим прибором – электрическая ванна с четырьмя электродами, соединёнными с отклоняющимися катушками трубки. Электроды посылали сигналы на трубку. Металлический стержень перемещался по ванне в слое электролита, выполняя роль светового луча. Движение этого стержня точно повторяло катодный пучок в трубке, который вырисовывал различные фигуры. Розинг заметил, что с помощью катодной трубки невозможно передавать изображения различной яркости. Тогда для отображения полутонов ученый дополнил конструкцию трубки пластинами, которые модулировали интенсивность электронного пучка за счет изменения количества электронов, попадающих на экран. Так катодная трубка от осциллографа превратилась в телевизионную – прототип кинескопа. Розинг усовершенствовал также механическую часть устройства: вместо диска Нипкова он начал использовать систему из двух многогранных зеркальных барабанов Вейлера, вращающихся с разной скоростью. Позже изобретатель заменил один из барабанов Вейлера подвижным стеклом для беспрерывного чередования строк. Так он достиг развёртывания изображения до 2400 элементов.
В 1907 году Борис Розинг подал заявку на изобретение "Способ электрической передачи изображений" для получения привилегии (аналога современного патента). В 1908 году на ее основе он получил патенты в Англии и Германии, а в 1910 году – в России. Главное отличие изобретения Розинга от разработок других инженеров заключалось в том, что он смог создать работающее физическое устройство, а не просто описать его в теории. Он привнес нововведение в процесс передачи изображения: вместо механического способа передачи начал использовать электронный.
9 мая 1911 года Розинг повторил эксперимент в присутствии комиссии. Он транслировал изображение четырех белых полос на черном фоне. Конечно, двухцветное изображение – это лишь первый шаг в эпоху электронного телевидения, но именно этот шаг ознаменовал прорыв. Розинг доказал возможность передачи изображения с помощью электронного луча.
В 1912 году Розинг получил заслуженные награды за свою работу. Его наградили Золотой медалью и почетной премией Сименса за заслуги в области электрической телескопии.
Розинг понимал, что находится на верном пути. Он совершенствовал устройство, каждый раз переделывая его. В 1913 году была изготовлена вакуумная трубка с косвенным накалом катода и магнитной фокусировкой электронного луча. Изменив заряд и разряд конденсаторов на периодический, ученый получил отклоняющие токи и напряжение, необходимые для более четкой передачи изображения.
Основной проблемой в исследованиях стало то, что государство не видело перспектив в телевидении и поэтому финансово никак их не поддерживало. Большую часть разработок Розинг проводил за свой счет. Сам ученый считал, что передача изображения на расстояние может найти широкое применение в будущем: "Несомненно, наступит, наконец, такое время, когда электрическая телескопия распространится повсеместно и станет столь же необходимым прибором, каким является в настоящее время телефон. Тогда миллионы таких приборов, таких "электрических глаз", будут всесторонне обслуживать общественную и частную жизнь, науку, технику и промышленность… Нам откроются богатства большей части поверхности нашей планеты, которая до сих пор скрыта под покрывающей ее водой… Можно будет проникнуть таким же образом в расселины гор и потухшие вулканы и заглянуть внутрь твердой оболочки Земли. Врач будет в состоянии пользоваться таким электрическим глазом при исследовании внутренностей больного, находясь далеко от него. Инженер, не выходя из своего кабинета, будет видеть все, что делается в мастерских, в складах, на работах". Розинг написал это в своей книге "Электрическая телескопия (Видение на расстоянии). Ближайшие задачи и достижения" в 1923 году.
Биография
Борис Львович Розинг в Петербурге 5 мая 1869 года. Его предки принадлежали к числу европейских ученых, которых Петр I пригласил в Россию для развития науки и техники. Лев Розинг, действительный статский советник, в свободное время занимался созданием точных часов и летательной машины в любительской мастерской на чердаке. Именно отец привил ученому любовь к изобретательству: они подолгу засиживались на чердаке за созданием моделей. Уже в гимназии Борис Розинг интересовался физикой. В 1887 году, окончив гимназию с золотой медалью, он поступил на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета.
В 1893 году Розинг поступил на работу в Петербургский технологический институт (ПТИ) в качестве лаборанта. Параллельно со своими исследованиями он вел практические занятия по физике. В 1898 году был избран на должность преподавателя и начал читать лекции по электричеству и электрометрии. Через 9 лет Розинг стал деканом электромеханического факультета ПТИ. После Октябрьской революции ученому с семьей пришлось переехать в более тихий и безопасный Екатеринодар (Краснодар). В 1918 году он активно участвовал в открытии Кубанского политехнического института, первого высшего учебного заведения на Северном Кавказе. Там он занял должность проректора, декана электромеханического факультета. Продолжая работать в Екатринодаре, ученый искал пути для возвращения в родной институт.
В 1920 году Розингу поступило предложение продолжить исследования в США и эмигрировать из России. Он отказался, ответив: "Я русский человек и мозг свой иностранцам продавать не собираюсь". Возможно, если бы он принял другое решение, то его жизнь сложилась бы иначе… Но у истории нет сослагательного наклонения.
В 1922 году он переехал в Петроград и стал профессором физики Второго Политехнического института. Вернуться в Технологический институт (теперь уже Ленинградский), восстановить лабораторию и продолжить исследования ему удалось только в 1924 году. Там Розинг работал до конца 1930 года.
В декабре 1930 года Розинга задержали по обвинению в финансовой помощи контрреволюционерам. Причиной стало то, что он одолжил по подписному листу небольшую сумму денег нуждавшемуся коллеге-преподавателю, бывшему царскому офицеру, противнику революции. И в феврале 1931 года ученого на три года сослали в Котлас на лесопильный завод без права преподавания и проведения исследований. Более того, ему пришлось самостоятельно искать жилье. Ученый смог позволить себе лишь съёмную койку за занавеской на кухне в квартире, в которой жили еще 12 человек. Розингу не выдавали бесплатные талоны на питание: продукты и деньги ему присылала семья. Жизнь без возможности работать была равносильна смерти. Тогда он начал читать лекции для работников завода в вечернее время.
В 1932 году, благодаря помощи друзей и семьи, Розинга приняли на должность лаборанта в Архангельском Лесотехническом институте (АЛТИ). Там он не мог продолжать свои исследования по улучшению способа передачи изображения, зато приступил к разработке прибора, помогающего ориентироваться слепым, и кардиографа для местной больницы. Его материальное положение оставалось бедственным: цены на аренду комнаты и продукты в Архангельске были существенно выше, чем в Котласе. У Розинга не хватало денег даже на покупку керосина для примуса. Ученому помогал коллега, который приносил ему домашнюю еду. Плохие условия подорвали его здоровье. В последние месяцы он часто болел.
О последних днях жизни Розинга осталось свидетельство квартирной хозяйки Александры Поповой, у которой он снимал комнату. Однажды, возвращаясь после работы, Розинг ехал в трамвае и вез судок с супом. Трамвай резко повернул, и суп вылился на пальто сидевшей рядом женщины. Она устроила скандал, Розинг мог лишь извиняться и пытался очистить запачканную ткань. Это бытовое событие потрясло ученого и сказалось на его состоянии.. Через два дня, 20 апреля 1933 года, он умер от кровоизлияния в мозг. Бориса Розинга похоронили на местном кладбище. Только в 1957 году Бориса Розинга посмертно реабилитировали. Летом 2005 года останки ученого перезахоронили и установили памятник на Вологодском кладбище Архангельска. Прежняя могила находилась на краю кладбища и была частично затоплена.
Последующее развитие телевидения
В 1911 году Розинг проводил эксперимент, в котором ему ассистировал студент Владимир Зворыкин. Именно Зворыкина принято считать отцом телевидения. Он продолжил работать над созданием электронного телевидения, руководствуясь идеями и разработками Розинга.
Эмигрировав в США, Зворыкин начал работать над проектом кинескопа в исследовательской лаборатории компании Westinghouse Electric. В 1923 году он подал заявку, чтобы получить патент на изобретение электронной телевизионной установки. Однако патент был выдан лишь в 1939 году, поскольку Патентное ведомство США сочло, что изготовить фоточувствительную пластину невозможно. Хотя к 1939 году телевизионные аппараты по технологии Зворыкина собирались уже три года, руководство Westinghouse Electric также считало исследования Зворыкина бесперспективной тратой времени.
Несмотря на непонимание, Зворыкин продолжил работу над кинескопом. В 1926 году он подал заявку на регистрацию изобретенной им системы цветного телевидения. В 1929 году он разработал новую модель электронно-лучевой трубки, внутри которой был образован высокий вакуум. Это обеспечило более фокусированное отображение картинки. Позже он создаст аппаратуру для телевизионной трансляции фильмов и передач из ТВ студии.
В 1939 году компанией RCA, возглавляемой Зворыкином, был выпущен первый электронный телевизор диагональю 5 дюймов (12,7 см), рассчитанный на массовое производство. В 1954 году RCA произвела первый цветной телевизор, уже с диагональю экрана 15, 19 и 21 дюймов (38, 48 и 53,3 см соответственно). Но еще долгое время черно-белые и цветные телевизоры производились параллельно.
За 35 лет научных исследований Владимир Зворыкин смог создать действительно работающую телевизионную систему, которая была перенята другими странами.
Телевидение в СССР
В СССР первый механический телевизор был создан Антоном Брейтбартом и запущен в производство в 1931 году. Изображение экрана 16 на 12 мм увеличивалось лупой до экрана 3 на 4 см.
В том же году был совершен первый опытный сеанс телевещания. В 1949 году был произведен первый электронный телевизор – КВН-49 с диагональю 17,5 см. А в 1956 году был выпущен первый цветной телевизор с диагональю 43 см.
В 1933 году Наркомат электропромышленности СССР проводил переговоры с RCA о поставке оборудования для оснащения Московского телецентра. В рамках переговоров Зворыкин приехал на Родину и прочел доклады в Москве и Ленинграде, подробно рассказав о своих разработках. Во время обсуждения выяснилось, что подобные исследования провел вначале Борис Розинг, а в 1930 году – Андрей Константинов. Но несмотря на то, что научное общество ознакомилось с разработками, практического продолжения это не имело.
Выступление Зворыкина во многом повлияло на дальнейшее развитие телевидения в СССР. Правительство издало специальное постановление о необходимости как можно скорее сократить отставание от американских коллег. Была создана первая в СССР лаборатория электронных передающих телевизионных трубок – иконоскопов – во главе с Борисом Васильевичем Круссером. И уже к концу 1934 года сотрудники лаборатории создали первые иконоскопы. А в 1936 году ВНИИ телевидения (Ленинградский институт телемеханики) полностью разработал электронную телевизионную систему.
В 1938 году после заключения договора с RCA в телецентре на Шаболовке было установлено новое оборудование, а Ленинградский завод им. Козицкого запустил производство новых телевизоров на основе американских разработок.
В 1939 году начались регулярные телепередачи, транслировавшиеся на 100 телевизоров. А уже с 1951 года телетрансляции стали ежедневными, и их сигнал принимали тысячи телевизоров. В 1954 году были проведены первые эксперименты по передаче цветного изображения.
Стоит сказать и о создании пульта дистанционного управления. Он был придуман Робертом Адлером в 1950 году. Тогда он соединялся с телевизором посредством длинного провода. Позже для подключения стали применять инфракрасное излучение. Этот способ используют и сейчас.