Изобретение фототелеграфа

Глава 6. Телевидение

На протяжении столетий человек пытался запечатлеть окружающий его мир и искал способы передачи изображения на расстояние. Именно это привело к возникновению такого вида искусства как живопись.

Еще в древности люди заметили, что речная, озерная и морская гладь отражает не только их самих, но и окружающую природу. Прошло время, и человек научился воспроизводить эффект отражения. Так появилось зеркало. Сначала из металла, потом из стекла. Зеркало позволило человеку видеть самого себя, наблюдать за объектами, стоя к ним спиной, а система зеркал открыла возможность передачи изображения на расстояние[661].

Поставив рисунок перед направленным источником света, человек получил отражение рисунка на экране, а, закрыв в помещении окна, сумел придать этому изображению четкость. Так появился первый проекционный аппарат или, как его тогда называли, «камера обскура». Изобретенная в древности, она с некоторыми усовершенствованиями под названиями «волшебный фонарь», «проектор», «эпидиаскоп» и т. д. просуществовала до самого последнего времени.

Стремление запечатлеть окружающий мир, привело к возникновению фотографии. Первый практически пригодный способ фотографирования на основе опытов Жозефа Нисефора Ньепса (1765–1833) предложил в 1839 г. французский изобретатель Луи Жак Манде Дагер (1787–1851)[662].

Первоначально снимок получали на бумаге, потом на стекле. В 1880-е годы появилась нитроглицерировая пленка. Использование пленки навело братьев Люмьер, Луи Жана (1864–1948) и Огюста (1862–1954), на мысль о возможности отображения на ней «движущихся фотографий». Для этого они предложили непрерывно проецировать на экран со скоростью не менее 10 кадров в секунду немного отличающиеся друг от друга изображения, что позволяло создавать эффект движения. Так в 1897 г. родился кинематограф[663].

После того как был изобретен телеграф, начались поиски способов передачи на расстояние с помощью электричества не только звука, но и изображения.

Первый патент на передачу изображения на расстояние с помощью электричества был выдан владельцу одной из лондонских мастерских Александру Бейну (Bain) (другое написание – Бен) в 1843 г.[664]

Разрабатывая свой проект, А. Бейн исходил из наблюдения, которое достаточно хорошо известно в живописи и в фотографии. Любое изображение – это не что иное, как совокупность точек разного цвета. А раз так, то нельзя ли разложить изображение на отдельные точки, передать каждую из них в виде электрического сигнала, а затем собрать вместе? Этот прием получил название развертки.

Аппарат А. Бейна состоял из двух платформ. На первой из них была помещена специальная сургучно-металлическая пластина, а под нею вырезанный из металла рисунок, на второй платформе находился лист бумаги, покрытый специальным раствором.

Над платформами были установлены маятники, которые раскачивались из стороны в сторону и касались в первом случае сургучно-металлической пластины, во втором – листа бумаги. Когда маятники приводились в движение, они, совершая ритмичные качания, начинали синхронно перемещаться сначала в одну, затем в другую сторону, прощупывая точку за точкой. Всякий раз, когда маятник прочерчивал одну строку, платформы делали шаг вперед[665].

Важным элементом передающего устройства являлась сургучно-металлическая пластина. Она представляла собою прямоугольную раму, которая была набита кусками изолированной проволоки длиной 2,5 см, так что эти куски были расположены параллельно и плотно друг другу, а их обнаженные на срезе торцы располагались с одной и другой стороны пластины. После того, как рама была залита жидким сургучом, и сургуч застыл, А. Бейн отполировал обе поверхности пластины, оставив на них только металлические вкрапления от отрезков проволоки[666].

После того, как сургучно-металлическая пластина накладывалась на изображение, через него пропускался электрический ток. А поскольку концы проволоки касались рельефных выступов изображения, они тоже оказывались под током. Когда первый маятник касался этих концов, он на мгновение замыкал электрическую цепь, ток передавался на второй маятник и, когда он касался бумаги, вступал в химическую реакцию с пропитавшим ее раствором. Под влиянием электричества в местах касания маятника с бумагой раствор изменял свой цвет и на ней постепенно точка за точкой, строка за строкой появлялось передаваемое изображение[667].

Несмотря на то, что проект А. Бейна не получил практического применения, он продемонстрировал возможность использования электричества для передачи изображения на расстояния и тем самым положил начало поискам, которые со временем привели к возникновению фототелеграфа и телевидения.

В 1848 г. английский изобретатель Ф. К. Бэкуэл запатентовал другое подобное же устройство. Его основу составлял медленно вращающийся цилиндр, на котором закреплялся лист фольги. На этом листе специальным раствором наносился рисунок, игравший роль изолятора. Вдоль цилиндра перемещался ползунок, который острым концом касался фольги и таким образом тоже строка за строкой прощупывал ее. А поскольку через цилиндр был пропущен ток, и под током находилась фольга, то когда ползунок касался рисунка, цепь размыкалась, когда касался фольги – замыкалась. На приемном устройстве находился такой же ползунок и цилиндр, на котором помещался лист бумаги, пропитанный специальным раствором. Когда шел ток, раствор менял цвет и на бумаге проявлялся рисунок[668].

По некоторым данным, к началу XX в. было предложено несколько десятков проектов передачи изображения на расстояние. Первым из них получил практическое применение пантограф итальянского аббата Д. Козелли. В России он использовался на телеграфной линии между Москвой и Санкт-Петербургом в 1866–1868 гг.[669].

Аппарат Д. Козелли во многом напоминал аппарат А. Бейна. Различие заключалось только в том, что изображение, как и у Ф. К. Бэкуэла, наносилось специальным раствором на листе фольги. Поэтому маятник прощупывал не сургучно-металлическую пластину, а лист фольги[670].

Одновременно с попытками создания фототелеграфа предпринима-лись попытки создания телевидения – передачи на расстояние движущего-ся изображения.

Для осуществления этой идеи требовалось решить пять задач: 1) расчленить передаваемое изображение на отдельные точки или световые сигналы, 2) преобразовать световые сигналы в электрические, 3) добиться синхронной и синфазной передачи этих сигналов, 4) преобразовать электрические сигналы в световые, 5) восстановить с их помощью передаваемое изображение и вывести его на экран[671].

Для решения первой задачи особое значение имели два открытия: во-первых, то, что в основе зрения лежит раздражение сетчатки глаза светом, излучаемым или же отражаемым окружающими человека объектами[672]; во-вторых, вывод Д. К. Максвелла (1831–1897) об электромагнитной природе света[673], согласно которому, свет – это «электромагнитное излучение, вызывающее зрительное ощущение»[674].

Как доказал Г. Гельмгольц, отражаясь от определенных участков физического объекта, световые лучи приобретают разную электромагнит-ную характеристику и, по-разному воздействуя в результате этого на сет-чатку глаза, тем самым вызывают в нем разное раздражение, которым соответствуют определенные цветовые ощущения[675].

Но если свет – это электромагнитное излучение, значит, световые колебания можно преобразовать в электрические, а электрические – в световые.

А. М. Рохлин без указания источников утверждает, что первым обратил внимание на эту проблему американский изобретатель Джордж Кери (Carey) (р.1851), который в 1870 г. попытался сконструировать видеопередающее устройство – «искусственный глаз»[676].

К числу пионеров телевидения принадлежали: У. Айртон и Д. Перри (Англия, 1876–1880)[677], М. Сенлек (Франция, 1877)[678], Адриано де Пайва (1847–1907) (Португалия, 1878)[679], Карло Перозино (Италия, 1879)[680], Порфирий Иванович Бахметьев (1860–1913) (Россия, 1880) [681], М. Леблан (1880)[682], Э. Беленан (1882)[683], П. Г. Нипков (Германия, 1884)[684], Д. Л. Вейлер (1889) [685], Ян Щепанек (1897)[686], А.А. Полумордвинов (Россия, 1899)[687] и др.

Первая проблема, которую необходимо было решить на пути создания телевидения, заключалась в том, как поток света, отражающийся от физического объекта, разложить на составные элементы, чтобы каждый из них мог оказывать на электрический ток свое индивидуальное воздействие.

Было предложено несколько способов решения этой задачи[688].

Французский изобретатель М. Леблан считал возможным использовать для развертки качающееся зеркало (1880), англичане Д. Айртон и В. Перри – специальные двигающиеся вертикально и горизонтально светочувстви-тельные и световоспроизводящие панели (1880), Д. Л. Вейллер – зеркальный барабан (1889), Л. М. Бриллюэн – линзовый диск (1890)[689]. Наибольшей простотой и оригинальностью отличалось устройство, запатентованное в 1884 г. немецким изобретателем польского происхождения Паулем Н и пковым[690].

П. Нипков предложил использовать для развертки изображения диск с расположенными на нем в виде спирали отверстиями небольшого размера. Отражаясь от предмета и достигая названного диска, поток света через отверстия на нем дробился на множество отдельных лучиков, подобно тому как, проходя через решето или сито, поток воды разделяется на множество мелких струек.

Если взять кинопленку, можно заметить, что она состоит из отдельных немного отличающихся друг от друга кадров. Чтобы человеческий глаз мог воспринять изображение в движении, на экране за одну секунду должно смениться не менее десятка мгновенных снимков. Иначе говоря, передача изображения должна иметь пульсирующий характер и время, в течение которого со всех ячеек передающего устройства снимается один сигнал, не должно превышать 0,1 с.

Для того чтобы обеспечить необходимую пульсацию сигналов, П. Нипков предложил вращать диск со скоростью 12,5 об/с.

«Диск Нипкова, – писал С. В. Новаковский, – оказался гениально простым и легко осуществимым устройством, с помощью которого во многих странах, начиная с 20-х годов нашего столетия, производилось вещание на 30 строк. Этот тонкий стальной диск диаметром 20…30 см вращался со скоростью 750 об./мин. При скорости развертки 12,5 кадр/с (12,5´60 = 750). На плоскости диска имелось 30 отверстий, расположенных по спирали. В передатчике на диск через рамку с отношением сторон 7: 4 с помощью объектива проектировалось оптическое изображение передаваемой сцены. Отверстия в диске двигались поочередно по оптическому изображению, описывая строки (всего 30 строк) и пропускало свет от этих строк на фотоэлемент, создающий сигнал изображения»[691].

К тому времени, когда П. Нипков изобрел свой диск, уже была проделана определенная работа по изучению влияния света на отдельные объекты окружающего мира. Первоначально эта работа была связана с созданием и развитием техники фотографирования. Поэтому ученых прежде всего интересовало воздействие света на химические процессы, происходившие в отдельных веществах.

Особое значение в данном случае имело открытие, которое в 1839 г. сделал французский ученый Александр Эдмон Беккерель (1820–1891)[692]. Он обнаружил влияние света на течение тока в некоторых веществах и тем самым открыл явление, которое позднее получило название фотоэффекта[693].

Фотоэффект – электрические процессы, происходящие при поглоще-нии в веществе светового излучения, приводящие к полному или частично-му освобождению заряженных частиц[694]. Понятие «фотоэлектрический эффект» предложил итальянский физик А. Риги[695].

По существу А. Э. Беккерель обнаружил возможность преобразования световых сигналов в электрические. Результаты этих опытов сразу же были доведены до сведения Французской академии наук[696]. В 1866–1868 гг. А. Э. Беккерель опубликовал двухтомное исследование «Свет, его причины и действия»[697].

По утверждению А. М. Рохлина, рассматривая фотоэффект как средство преобразования световых сигналов в электрические, Д. Керри первоначально собирался использовать для этого фотопластину, покрытую эмульсией с содержанием соли серебра. Однако ее реакция на свет была бы необратимой. Иначе говоря, отреагировав на один световой импульс, она не могла вернуться в прежнее состояние и подобным образом реагировать на другие световые импульсы.

Между тем в 1873 г. английский ученый У. Смит (1828–1891) обратил внимание на такой химический элемент, как селен, и установил, что селен в зависимости от света может быть и диэлектриком и проводником, т. е. что он является полупроводником[698].

Селен (Selenium) – Se – химический элемент VI группы периодической системы Д. И. Менделеева, имеющий порядковый номер 34[699]. Был обнаружен шведским химиком И. Берцелиусом (Berzelius) (1779–1848) в 1817 г.[700].

В 1876 г. американский ученый В. Адамс и его студент Р. Дей (Day) обнаружили, что в селене под влиянием света возникает фотоЭДС[701]. Это означало, что селен способен не только реагировать на свет, но и преобразовывать световые сигналы в электрические.

Уже в 70-е гг. на это обратили внимание Д. Кери, А. ди Пайва, М. Сен-лек, П. Бахметьев[702].

Первым, кому удалось с помощью селена передать изображение по телеграфу, стал английский изобретатель Шелфорд Бидуэлл (Бидвэлл) (Shelford Bidwell) (1848–1909). О своем изобретении он поведал 10 февраля 1881 г. на страницах журнала « Nature » [703].

Аппарат Ш. Бидуэлла точно так же, как и аппарат Ф. К. Бэкуэла, состоял из двух цилиндров. На первом из них, изготовленном из прозрачного стекла, тоже было закреплено передаваемое изображение. Но вместе ползунка с иглой использовался направленный луч света от электрической лампы, который скользил по изображению справа налево и слева направо. В такт этому цилиндр медленно поворачивался, в результате чего луч света постепенно пронизывал все изображение.

Проходя через стекло, он попадал на селеновую пластинку, включенную в электрическую цепь, световые колебания, соответствовавшие контурам рисунка, преобразовывались в электрические и подавались на вторую лампу. Она таким же образом перемещалась вдоль второго цилиндра, на котором был закреплен лист бумаги, пропитанный фотосоставом. В результате меняющий яркость луч, исходящий от этой лампы, строка за строкой проявлял на листе бумаги передаваемое изображение: белый ромб на черном фоне. Таким образом, Ш. Бидуэлл был первым, кто с помощью фотоэлемента сумел передать изображение на расстояние.

Правда, если сам ромб действительно получился белым, то черный фон выглядел как совокупность темных штриховых линий. Получить более качественное изображение изобретателю не удалось. Поэтому через некоторое время он оставил свои опыты.

Между тем у него нашлись последователи. И через 20 лет немецкий ученый профессор Мюнхенского университета Артур Корн (Corn) (1870–1945) смог добиться успеха. Сам он видел свою заслугу главным образом в том, что разработал и применил «компенсационный метод для уменьшения влияния инерции селеновых элементов» в передающем устройстве и создал «очень чувствительный приемочный аппарат (фотографический приемник)»[704].

В результате этого в 1902 г. А. Корн продемонстрировал свое устрой-ство в лабораторных условиях, в 1904 г. смог передать фотографическое изображение из Мюнхена в Нюрнберг[705]. В том же году он поделился своим изобретением в печати[706], после чего началось его практическое использование. В 1911 г. появился первый справочник по фототеле-графии[707].