"Друг Радио", №11-12, ноябрь-декабрь, 1925 год, стр. 4-8.
Радиовидение на расстояние привлекает к себе всеобщее внимание и всюду встречаются сообщения об опытах и успехах в этой области. Однако задача радиовидения чрезвычайно сложна и трудна, и мы еще далеки от ее решения. Печатаемая статья об'ясняет все технические трудности этой крайне интересной задачи, но в силу сложности вопроса требует от читателя внимательного и вдумчивого изучения. Ред.
Видение на расстояние и передача изображений — две родственные, но все же разные отрасли электротехники.
«Передача изображений на расстояние» уже давно осуществлена и выполняет ряд задач: простейшей является передача рукописей, чертежей и простых рисунков. Наиболее трудная задача — это передача тоновых фотографических изображений — фототелеграфия или телефотография.
Видение на расстояние, или что тоже самое: электровидение, дальновидение, радиовидение представляет значительно более трудную задачу, заключающуюся в том, чтобы осуществить устройство, позволяющее видеть непосредственно или на экране приемной станции, находящейся на любом расстоянии от передающей те предметы, подвижные или неподвижные, которые находятся в поле зрения особого устройства передающей станции.
Не исключена возможностъ фотографирования и кинематографирования на приемной станции видимых изображений, так что видение на расстояние — задача более широкая, заключающая в себе все задачи передачи изображений на расстояние.
Сама передача в обоих случаях, конечно, электрическая — по проводам или по радио, а для видения, как будет видно из дальнейшего, даже обязательно по радио.
Видение на расстояние, а тем более радиовидение, представляют настолько значительный интерес, что понятна та настойчивость, с которой в течении 50 лет многочисленные ученые и изобретатели работают над этой проблемой, не осуществленной еще до настоящего времени.
Возможно, что решение лежит совершенно в иной плоскости, ускользающей от внимания изобретателей, но возможно, что будут осуществлены те детали, отсутствие которых, как будет видно из дальнейшего, делает радиовидение пока невозможным.
Основным и общим для всех без исключения современных проектов радиовидения является принцип кинематографа, в котором эффект видения движущихся предметов достигается быстрой сменой отдельных изображений (около 16 в секунду).
Таком образом, если бы методы передачи изображений на расстояние давали возможность передать изображение в ¹/₃₀ или хотя бы 0,1 секунды, то задача радиовидения была бы решена. Передача отдельных изображений также может быть совершена по частям, благодаря свойству человеческого глаза задерживать зрительные впечатления.
Но до настоящего времени скорость передачи изображений не превышает приблизительно пяти минут, т. е. в 3000 раз медленнее чем нужно для радиовещания.
Об'ясняется это тем, что передача сразу всего изображения по одному проводу, или по радио одной длиной волны, как например, звука в телефонии — невозможна.
Звук является чистым колебательным процессом и в каждый данный момент времени легко может быть передан такими же колебаниями электрического тока.
Всякое изображение в каждый данный момент определяется не только яркостью и цветом отдельных своих частей, но и взаимным расположением в пространстве, хотя бы двух измерений. Таким образом возможна передача исключительно по частям, отличающимся друг от друга яркостью, взаимное же расположение может быть определено порядком передачи.
Одновременная передача всех частей картины по многим проводам экономически абсурдна, т. к. требует десятки тысяч линий между двумя станциями при желании передать изображение сколько-нибудь точно.
Подсчет можно произвести следующим образом: разрешающая сила зрения нормального глаза около одной минуты, т. е. угол зрения в 1' является предельным для различения отдельных хотя бы линий. Например, на расстоянии одного метра от глаза две линии с промежутком около трети миллиметра сливаются в одну. Угол же зрения обыкновенного бинокля около пяти градусов или 300 минут. Все поле зрения содержит около 70000 квадратиков со стороной в 1'.
Таким образом, если мы разобьем передаваемое изображение на 70000 квадратиков и будем рассматривать с расстояния, дающего угол зрения около 5°, то квадратики будут казаться точками, отличающимися только яркостью всех ступеней от белого до черного; о цветной передаче пока говорить не приходится, хотя принципиально таковая вполне возможна и в виде опытов осуществлялась. Число передаваемых точек может быть понижено до 10000, хотя для идеального результата можно идти до миллиона точек. Во всяком случае эти числа показывают, что передача и прием должны быть безусловно автоматические.
На передающей станции необходим механизм, автоматически «разлагающий» изображение на точки, определяющий яркость этих точек, и посылающий токи пропорциональные яркостям точек. На приемной станции входящие точки должны действовать на прибор воспроизводящий точки, пропорциональной им яркости: кроме того необходим механизм, автоматически «составляющий» из этих точек изображение в совершенно таком же порядке, в каком происходило разложение. Таким образом, задача передачи изображений на расстояние, а следовательно и радиовидения, разбивается на следующие омновные отдельные вопросы:
1. «Разложение» передаваемого изображения на элементы.
2. Посылка тока пропорционально яркости элемента.
3. Воспроизведение элементов яркости, пропорциональной силе входящего тока.
4. «Составление» изображения из этих элементов.
Системой передачи изображений, которая была бы применима в радиовидении может быть только та, которая в состоянии передать картину, видимую на некотором расстоянии и без того, чтобы ее касаться.
Эту задачу можно выполнить только имея прибор, подобно глазу определяющий на расстоянии яркость отдельных точек изображения.
В технике такие светочувствительные приборы — фотоэлементы давно уже существуют, при чем существуют двух типов: некоторые вещества, как-то селен, сера, сажа и многие кристаллы меняют свою электропроводимость под влиянием света. Особенно сильно это явление проявляется у селена.
Для того, чтобы эффект был достаточно силен для практических применений светочувствительные элементы делают такой конструкции, в которой селен вмазывается между двумя металлическими электродами, возможно большой поверхности.
Существующие в продаже селеновые элементы, обладая в темноте сопротивлением в десятки или сотни тысяч ом, при сильном освещении во много раз понижают сопротивление, которое падает до нескольких тысяч ом. Строгой пропорциональности, в зависимости сопротивления от освещенности, к сожалению, не наблюдается.
Крупными недостатками селена являются его инерция и утомляемость. Инерция не позволяет получать частоту изменения сопротивления выше нескольких тысяч колебаний в секунду, а вследствие утомляемости сопротивление селена сильно зависит от продолжительности освещения.
Эти крупные недостатки делают селеновые элементы неприменимыми при быстрой передаче. Там же, где большая частота не требуется, селен пока незаменим, благодаря сравнительно большой, — порядка миллиампер, силе пропускаемого тока.
Светочувствительные приборы, основанные на свойстве некоторых веществ под влиянием освещения излучать электроны, получили название фотоэлементов. Для практических целей желательно иметь возможно больший эффект, для чего берут металлы рубидий, цезий, калий или натрий и наносят на стенку стеклянного баллона, из которого откачивается воздух и впускается небольшое количество благородного газа, например неона. Этот слой соединяется с отрицательным полюсом батареи (обычно около 100 вольт), а металлическое кольцо, изолированное от этого слоя, с положительным полюсом. Чем больше освещается слой металла на стекле, тем больше фотоэлектронов он испускает и тем больший ток приходит через фотоэлемент, так как электроны здесь, как в общеизвестной усилительной лампочке, летят на положительно заряженное кольцо — анод. Такие фотоэлементы, как чисто электронные практически безинерционны; зависимость силы тока от освещенности достаточно прямолинейна, но сила тока меряется не миллиамперами, как у селена, а микроамперами при сильном освещении. В темноте сопротивление такого фотоэлемента практически бесконечно (равно сопротивлению изоляции), а при слабых освещенностях таково, что токи меряются тысячными долями микроампера.
Незначительность токов этих фотоэлементов не дает возможности воспользоваться их другими хорошими свойствами, даже при современном состоянии усилительных устройств.
Таким образом перед нами стоят две задачи: 1) сделать селеновые элементы безинерционными, или 2) сделать фотоэлементы более мощными.
Возможно, что обе задачи будут вскоре разрешены. Для уменьшения инерции селена следует итти по пути уменьшения толщины слоя его между металлическими электродами. Для увеличения мощности фотоэлементов возможны комбинации усилительной лампы и фотоэлемента в одном баллоне, чем будут устранены трудности изоляции и емкости при усилении слабых токов большой частоты.
Но возможно, конечно, что какое-нибудь открытие вкорне разрешит этот больной вопрос.
Получив такой чувствительный фотоэлемент, не трудно уже построить передающую станцию.
Остается только каким-либо способом «разложить» картину и полученные при этом от фотоэлемента токи послать на приемную станцию.
Для разложения существует чрезвычайно много способов, основанных на колебаниях и вращениях зеркал, диафрагм или линз. В зависимости от способа, разложение может происходить в различном порядке (см. рис. № 3). Так один из простейших — способ Нипкова дает разложение по строчкам, как на фиг. а рис. № 3. Действительно, если взять непрозрачный диск с отверстиями по спирали (рис. № 4) и вращать его, поместив с одной стороны передаваемое изображение, а с другой — фотоэлемент, получится попеременное освещение фотоэлемента всеми точками картины, при чем вся картина будет разложена за один оборот диска. Чем больше отверстий в диске, тем больше точность передачи, но тем больше диаметр и скорость вращения, достигающая предела при желании передать в секунду около 10 картин, состоящих примерно из 10000 точек. Но все же разложение картин следует признать вполне осуществимым существующими средствами техники.
Сила тока, проходящего через фотоэлемент во время разложения картины зависит от яркости, освещающих его точек и, следовательно, может оставаться долго постоянной (на участке картины равномерной яркости), но может колебаться с очень высокой частотой. Это весьма существенное явление заставляет с одной стороны производить усиление фототоков усилителем т. н. постоянного тока (рис. № 5), а с другой производить передачу на приемную станцию не по проводам, а по радио для того, чтобы избежать влияния емкости или самоиндукции линии.
Таким образом передающая станция для видения на расстояние должна представлять собой радио-станцию, излучаемая энергия которой управляется не микрофоном, а фотоэлементом.
Однако управление сколько-нибудь большими мощностями становится затруднительным из-за указанной особенности усиления фототока: необходимые отрицательные напряжения на сетки ламп становятся чрезмерно большими при больших анодных напряжениях генераторных ламп. Поэтому появилось много схем, в которых заставляют генерировать высокую частоту сам фотоэлемент, как двух, или трехэлектродную лампу, или модулируют им маломощный генератор, с последовательным уже усилением высокой частоты.
Но если указанные затруднения считать преодолимыми, то на приемной станции остается принять, усилить и детектировать входящие сигналы, но не по схемам радиотелефонного приема, а подобно вышеописанному предварительному усилению отправительной станции.
Принятый и усиленный фототок должен действовать на какой-нибудь источник света, так, чтобы яркость этого источника была в точности пропорциональна силе фототока. Тогда, поместив между ним и глазом принимающего человека приспособление, «составляющее» картину, задача была бы решена.
Составляющее приспособление, обычно весьма похожее на разлагающее, должно не только точно в том же порядке, но и совершенно одновременно открывать пред источником света ту точку картины, которую в этот момент освещает фотоэлемент. При тех частотах, с которыми тут приходится иметь дело, расчитывать на достижения синхронизма (одновременности) путем местного подбора скорости, скажем, вращения дисков — невозможно. Ошибка же в ничтожную долю процента уже целиком исказит картину. Следовательно приходится расчитывать на передачу другой, второй волной особых синхронизирующих импульсов.
Если эту задачу считать технически выполнимой, то останется последняля и самая трудная задача радиовидения. Как выше указано, необходимо иметь источник света, яркость которого менялась бы пропорционально силе входящего фототока. Но фототок может меняться с очень большой частотой — до 10000 и выше перемен в секунду; следовательно, и источник света должен быть совершенно безинерционен. В то же время он должен быть очень большой яркости для того, чтобы освещая в течение секунды каждую точку картины (непосредственно глаз или матовый экран) всего 10 раз по 0,00001 секунды создать достаточное зрительное впечатление. Кроме того, он должен быть легко управляем, т. е. чтобы незначительными мощностями фототока можно было легко управлять от нуля до максимума всей мощностью источника света.
Такое управление можно себе мыслить двояко:
1) управление количеством света, пропускаемого через какой-либо фильтр при постоянной яркости источника.
2) Управление яркостью самого источника.
В первом случае были бы возможны системы вроде следующей: зеркальце осцилографа отклоняет пропорционально силе тока луч света, проходящий затем через экран переменной прозрачности; в зависимости от угла отклонения, яркость прошедшего луча будет разная. Но такие системы, применяющие какое-либо механическое движение, будучи годны для передачи изображений, совершенно не годятся для радиовидения, так как лучшие осцилографы не идут за 10—30 тысяч колебаний в секунду.
Во втором случае отпадают все источники света с раскаливающимися твердыми, жидкими и даже газообразными телами, так как тепловая инерция самых мелких раскаливаемых частиц не дает возможности перейти за частоты в тысячи и десятки тысяч колебаний в секунду.
Таким образом, у нас остаются только два пути: затемнение яркого источника света вращением плоскости поляризации в магнитном или электрическом поле и легко управляемый поток электронов в пустоте, невидимый сам по себе, но производящий различные видимые действия, как свечение фосфоресцирующего экрана.
Какой из этих двух методов даст практический результат: сказать трудно, так как оба имеют многие трудности. Во всяком случае и здесь чувствуется необходимость какого-то нового и сильного толчка.
И так, мы видим, что радиовидение представляет собой весьма сложную задачу, неразрешимую известными в настоящее время средствами. В противоположность этому передача изображений может производиться самыми простыми способами и только при быстрой коммерческой передаче появляются трудности, технически разрешимые, правда за счет стоимости установки.
Настоящая статья представляла общий обзор вопроса, в следующих же будут описаны практикуемые способы передачи изображений, а также и предложенных различными изобретателями проэкты радиовидения.