Иконоскоп

Иконоскоп — это первый практически реализованный тип передающей электронно-лучевой телевизионной трубки, предназначенной для преобразования оптического изображения в последовательность электрических сигналов. Изобретённый в начале 1930-х годов, иконоскоп стал ключевым элементом, позволившим перейти от механического телевидения (с использованием диска Нипкова) к полностью электронному телевидению с высокой чёткостью изображения. Принцип действия иконоскопа основан на накоплении электрических зарядов на мозаичном фотокатоде и последующей их коммутации электронным лучом.

История создания

Предпосылки и конкуренция

В 1920-е годы развитие телевидения шло преимущественно по пути механических систем, использующих вращающиеся диски с отверстиями. Однако эти системы имели фундаментальные ограничения по разрешению и яркости. Параллельно велись разработки полностью электронных систем, в которых передача изображения должна была осуществляться с помощью электронно-лучевых трубок. В США, Великобритании, СССР и Германии несколько исследовательских групп работали над созданием такой трубки. Ключевой проблемой было создание чувствительного элемента, способного накапливать световую энергию в течение времени между сканированиями, что позволяло бы значительно повысить чувствительность по сравнению с системами с мгновенным откликом.

Изобретение Владимира Зворыкина

Решающий прорыв был совершён российским и американским инженером Владимиром Козьмичом Зворыкиным, работавшим в компании Radio Corporation of America (RCA). В 1931 году он подал заявку на патент, а в 1933 году продемонстрировал действующий образец иконоскопа. Зворыкин назвал своё устройство «иконоскоп» от греческих слов «эйкон» (изображение) и «скопео» (смотреть). В 1938 году он получил патент США № 2 141 059. Важно отметить, что параллельно, в 1931 году, в СССР инженер Семён Исидорович Катаев также подал заявку на изобретение передающей трубки с накоплением заряда, однако его конструкция не была доведена до промышленного производства в те же сроки, что и у Зворыкина. Тем не менее, приоритет Катаева в части идеи накопления заряда признаётся в российской историографии.

Внедрение и развитие

Первые иконоскопы были сложны в производстве, имели низкую чувствительность и требовали очень яркого освещения объекта съёмки. Несмотря на это, RCA начала коммерческое производство трубок, и в 1936 году в США начались регулярные телевизионные передачи с использованием иконоскопов. В СССР первая опытная телевизионная передача с использованием иконоскопа состоялась в 1934 году, а регулярное телевещание (сначала в Москве и Ленинграде) началось в 1938 году. Иконоскопы оставались основным типом передающих трубок в телевизионных камерах до середины 1940-х годов, когда им на смену начали приходить более совершенные суперортиконы и видиконы.

Устройство и принцип действия

Конструкция

Иконоскоп представляет собой стеклянный вакуумный баллон, внутри которого размещены три основных элемента:

1. Мозаичный фотокатод (мишень) — тонкая слюдяная пластина, на одну сторону которой нанесены миллионы мельчайших (диаметром около 10–20 мкм) изолированных друг от друга капелек серебра, обработанных парами цезия для придания фотоэмиссионных свойств. Обратная сторона пластины покрыта сплошным проводящим слоем (сигнальной пластиной).
2. Электронная пушка — устройство, создающее узкий электронный луч, который сканирует мозаику по строкам (растр).
3. Коллектор (анод) — проводящее покрытие на внутренней поверхности баллона, служащее для сбора вторичных электронов.

Физика процесса

Работа иконоскопа состоит из двух этапов: накопления заряда и считывания.

• Накопление: Свет от объекта через объектив проецируется на мозаичный фотокатод. Под действием фотонов из капелек серебра (эмиттеров) выбиваются электроны (внешний фотоэффект). Каждая капелька теряет электроны и приобретает положительный заряд, величина которого пропорциональна яркости света, попавшего на этот участок. Таким образом, на мозаике формируется потенциальный рельеф — скрытое электрическое изображение.
• Считывание: Электронный луч последовательно обходит все элементы мозаики. Когда луч попадает на капельку, он восполняет её недостаток электронов, вызывая разряд. Этот разрядный ток протекает через сигнальную пластину и создаёт на нагрузочном резисторе переменное напряжение — видеосигнал. Одновременно луч выбивает из капельки вторичные электроны, которые улавливаются коллектором. Важной особенностью является то, что ток сигнала пропорционален не мгновенной яркости, а накопленному заряду, что обеспечивает высокую эффективность.

Недостатки конструкции

Иконоскоп обладал рядом существенных недостатков:

• Низкая чувствительность: Для получения приемлемого сигнала требовалась освещённость объекта съёмки в десятки тысяч люкс (яркий солнечный свет или мощные софиты).
• Неравномерность сигнала: Яркость изображения была выше в центре и ниже по краям, а также наблюдались паразитные сигналы от вторичных электронов, что приводило к «ореолам» вокруг ярких деталей.
• Сложность изготовления: Процесс нанесения и активации мозаики был крайне трудоёмким и требовал высокой точности.
• Инерционность: Трубка имела заметную инерционность, что приводило к смазыванию движущихся объектов.

Применение и значение

Телевизионное вещание

Иконоскоп стал основой для первых систем электронного телевидения. В 1930-х — начале 1940-х годов он использовался в телевизионных камерах ведущих телекомпаний мира (BBC, NBC, CBS). В СССР иконоскопы применялись в передвижных телевизионных станциях (ПТС) и студиях. Именно с помощью иконоскопов были проведены первые телетрансляции с Олимпийских игр (1936 год, Берлин), коронации Георга VI (1937 год) и других исторических событий.

Военное применение

Во время Второй мировой войны иконоскопы использовались в системах авиационной разведки и наведения. В частности, они устанавливались на планирующие авиабомбы (например, американская GB-4) и беспилотные самолёты-разведчики, позволяя оператору видеть изображение местности в реальном времени. Однако из-за низкой чувствительности и надёжности их применение было ограниченным.

Научные исследования

Иконоскопы применялись в астрономии для наблюдения слабых объектов, а также в микроскопии для передачи изображения на расстояние. Принцип накопления заряда, впервые реализованный в иконоскопе, лёг в основу всех последующих передающих трубок (ортикон, суперортикон, видикон) и, в конечном счёте, матриц ПЗС (приборов с зарядовой связью), которые используются в современных цифровых камерах.

Сравнение с другими передающими трубками

Иконоскоп был первым, но не единственным типом передающих трубок. Его основные конкуренты и последователи:

Интересные факты

• Первый в мире телевизионный репортаж (1936 год, открытие Олимпийских игр в Берлине) был снят камерами с иконоскопами, разработанными немецкой компанией Telefunken.
• В СССР серийное производство иконоскопов было освоено на Ленинградском заводе «Светлана» в 1937 году.
• Конструкция иконоскопа Зворыкина была настолько удачной, что RCA продала лицензии на его производство многим странам, включая Великобританию и Германию.
• В 1934 году Зворыкин продемонстрировал иконоскоп в Москве, что вызвало большой интерес у советских инженеров, в том числе у С. И. Катаева, который уже имел собственный патент на аналогичное устройство.

Источники

• Зворыкин В. К. Телевидение: проблемы электроники. — М.: Наука, 1973.
• Катаев С. И. Развитие телевизионной техники в СССР. — М.: Связь, 1965.
• Abramson A. The History of Television, 1880 to 1941. — McFarland, 1987.
• Патент США № 2,141,059 «Television System» (V. K. Zworykin), 1938.
• Телевидение: Учебник для вузов / Под ред. В. Е. Джаконии. — М.: Горячая линия — Телеком, 2007.