Текст
основы дальновидения
19 3 6
В. А. ГУРОВ
РАДИОИНЖЕНЕР
ОСНОВЫ
ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
* . i
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ПО ВОПРОСАМ РАДИО
МОСКВА • 1936
Государственное издательство
по вопросам радио
Москва» центр, Петровка, 12
Тел. К 4-70-08 и 1-67-66
Технический редактор А. Забелинский
Корректор Я- Рубин
Сдано в производство 20 марш 1935 г. Подписано к печати 25 апреля 1936 г. Об‘ем
237* печ. листа в 7lt. Бумага 62X88 ем. Тираж 6 000 эка. Радиоиздат. № 11..Уполн.
________________________Главлита № Б—-95535. Заказ тип. № 103.__________________
13-я типография и штемпельно-граверная Мособл полиграфа, Москва, Петровка, 1?.
В. А. ГУРОВ. „ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ**.
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стра- сТрОка
ница г
Напечатано
Должно быть
По чьей
вине
39
40
82
104
118
128
131
131
132
139
213
232
244
251
251
339
358
358
358
358
12 снизу
6 сверху
1 снизу
1 сверху
8 снизу
1 сверху
15 снизу
8
13
15
10
8
4
я
я
сверху
я
снизу
11 сверху
4 снизу
6 п
Табл. 15
Заряд
электрона
Масса
электрона
Постоянная
Больцмана
Ф — 4 люменов
1 фот = 10 тыс.
(18 х
(рис. 67 и 69)
i di
е de
потока /
+ А2 sin3
С —BN
10 сек.
Р
Hev
исправлению
заключением
электронных теорий
— 4,770 • 10-1
/п0 = 9,03 10“23
к = 1,371 • 10“1в эрг/
гаус
Ф = 4те люменов
1 фот—100 тыс. люксов
(18 X 24 мм),
(рис. 64 и 65)
i di
I dl
потока I
+ А2 sin 2 tot
С =
10 8 сек.
ТП V
испарению
включением
электронной теории
= 4,770 • 1О~10
т0 = 9,03 • Ю^28 гр.
к = 1,371 • 10~J6 эрГ/
градус
I
типографии
коррект.
типографии
коррект.
типографии
И
коррект.
и
99
типографии
коррект.
типографии
коррект.
99
99
типографии
коррект.
я
По просьбе автора вносятся следующие попра ки
к Напечатанному тексту
Стра- Строка
Напечатано
Должно быть
102
103
103
103 !
I
юз !
103
103 I
I
103 ;
104 i
104 ।
126 j
i
I
126
248 j
359
360
9
10
2 снизу
сверх.
6 снизу
18 .
табл. 20
табл. 21 (УБ-
110)
L1
^2
£2
1'2
/2
^2
/2
^2
/2 “
dla
1 dig
g I ' dlb
электрическая
Анормальное
0,65 — 0,085
/3
^2
Ь3
fa
/3
^3
i /3
! Ls
! -^з, /3 —
i Ц
1 dia
I dea
_1 d'«
j I dea
i эмпирическая
i Аномальное
j 0,065 — 0,085
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая книга имеет целью дать основные начала новой науки
о видении на расстоянии и привести в систему результаты изысканий
отдельных лабораторий и изобретателей, главным образом, за последние
годы, когда в работы по дальновидению были введены научные методы,
проверенные расчетами и точными измерениями.
Автор начал свои работы по дальновидению в 1924 г. и на протя-
жении десяти лет мог на собственном опыте убедиться в том, что именно
является жизненным в этой новой отрасли техники. Постепенно в устрой-
ствах дальновидения устранялись элементы беспочвенной интуиции, усту-
пая место системам, основанным на углубленных разработках новейшей
физики. Результаты показали, что то решение вопроса, которое было, на-
конец, найдено, позволяет теперь считать, что дальновидение перестало
быть проблемой, а является уже областью техники и науки с громад-
ным будущим для нашего молодого социалистического отечества.
Работы лаборатории „Белл Систем^ (Bell System) в 1927 г„ углубленные
опыты и теоретический анализ процессов дальновидения, произведенные
в Германии лабораториями Телефункен и „Фернзее А. ГЛ (.Fernsehe A. G.*),
наконец блестящее окончательное решение проблемы учеником нашего
проф. Розинга, д-ром Зворыкиным в Америке, — вот те основные этапы,
которые создали со временное дальновидение. Работники Советского Союза
быстро нагоняют достижения Западной Европы, но для образования кад-
ров новой специализации необходимо изучение этой области техники в
определенной системе и последовательности.
Помочь молодым специалистам в области дальновидения выполнить
наказ вождя мирового пролетариата товарища Сталина об овладении
техникой—такова задача нашей книги.
Автор приносит благодарность своим сотрудникам — профессорам
Остроумову, Волынкину и Слюсареву за их ценные указания при соста-
влении этой книги, инженерам лаборатории тт. Расплетину, Н. И. Дозэ-
рову, Орлову и Гурчину за их большую работу, а также библиотеке Цен-
тральной радиолабораторци за любезное содействие по доставлению источ-
ников и помощь при составлении библиографии.
ЧАСТЬ I
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
1. Дальновидение как синтетическая наука
Развитие промышленности и прогресс науки непре-
рывно создают новые формы сочетаний различных отрас-
лей человеческого знания, которые, стремясь к определен-
ной цели, приобретают значение отдельной самостоятель-
ной отрасли науки. Примером таких комплексов являются
различные технические применения электричества, например,
телеграфирование и телефонирование По проводам, в кото-
рых электрические явления комбинируются с акустическими
и механическими процессами, или теория электрических ко-
лебаний, развившаяся в самостоятельную область радио-
техники, с весьма многочисленными видами ее приложений.
Дальновидение есть новый комплекс подобного рода, состо-
ящий из оптических и электрических явлений. Как и следо-
вало ожидать, оно, имея вначале чисто утилитарные цели,
создает начало новой отрасли науки, — электронную опти-
ку. Основываясь на широко разработанных отделах физики,
дальновидение захватывает целый ряд физических процес-
сов, которые сами по себе выделились в самостоятельные
доктрины. Поэтому систематика дальновидения не может
быть полна, особенно вначале, когда эта область совершен-
ных знаний только сформировалась. Мы излагаем основные
методы дальновидения, стараясь обрисовать прежде всего
физические процессы с качественной и количественной сто-
роны, так как только понимание сущности отдельных явле-
ний даст возможность овладеть их сочетаниями. Посмотрим
теперь, какие области знаний и отделы современной фи-
зики приняли участие в синтезе дальновидения. Прежде все-
го теория обычного видения, физиология глаза и законы
физиологической оптики; затем свойства оптических прибо-
6
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ Т
ров (главным образом об’ективов) и законы образования оп-
тических изображений; далее явления фотоэлектричества,
начало теории атома и теории квант; явления прохожде-
ния электричества через газы, законы ионизации и абсорб-
ции; катодные лучи, теория движения свободных электронов
и электроннолучевые устройства (катодные осциллографиче-
ские трубки); наконец, синхронное движение механизмов и
катодные усилители, а также, как средство связи, высокоча-
стотная сигнализация по проводам и по радио. Охватывая
столь значительный об’ем различных областей науки и тех-
ники, дальновидение естественно задержалось в своем раз-
витии до недавнего времени и будет еще долго 'Прогресси-
ровать по мере накопления новых знаний в той или иной
области. Но уже сейчас наметились те основные принципы,
изменение которых мало вероятно без введения совершен-
но новых способов видения на расстоянии. Вот эти главные
сведения мы и называем «Основами дальновидения».
2. Видение невооруженным глазом и дальновидение
Восприятие световых раздражений, вызываемых осве-
щенными или светящимися предметами, т. е. связанное с
сознанием причины, вызвавшей это' раздражение, называет-
ся видением данных источников света или об’ектов. Все
другие раздражения зрительного нерва, дающие также ил-
люзию' света, происходящие, например, при хирургических
операциях удаления глаз или от иных патологических при-
чин, считают просто раздражением: нерва. При операциях
подобного рода, когда нож хирурга перерезает зрительный
нерв, человек имеет ощущение видения вспышки ослепи-
тельного яркого света; нормальным же видением считаются
те световые раздражения, которые вызываются появлением
на светочувствительной оболочке глаза оптического изоб-
ражения, создаваемого его хрусталиком. Такое видение
ограничено силой и количеством света, попадающего в глаз,
что в свою очередь зависит как от общей освещенности,
так и от свойств самого глаза. Поэтому пределы видения
в обычных условиях освещения ограничиваются еще и раз-
мерами того оптического изображения, которое появляется
в глазу. По мере удаления об’екта от глаза изображение
в нем становится все меньше, пока не делается столь малым,
что возможность диференциации его глазом от окружаю-
щего фона утрачивается, т. е. об’ект перестает быть види-
мым (рис. 1). Помощью' оптических приборов изображение
может быть сделано более крупным и становится снова ви-
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
7
димым. Таким образом, простейшими приборами даль-
новидения являются оптические приборы типа телескопов,
но телескопы дают возможность видеть лишь предметы,
свет от которых доходит непосредственно до глаза наблю-
дателя, т. е. которые не заслонены какими-либо мешающи-
ми об’ектами, как рельеф земли, здания и пр.
Задачей электрического дальновидения является виде-
ние удаленных предметов, свет от которых не может дойти
до приемного пункта. Это возможно только’ путем преобра-
зования света в электрическую энергию, которая затем, в
Рис. 1. Угол зрения
виде радиоволн или по проводам, может быть принята в
любом желаемом пункте. Такое преобразование оптичес-
кого изображения в электрические импульсы следует про-
изводить, имея в виду обратную трансформацию' этих сиг-
налов в световые и синтез последних в первоначальное оп-
тическое изображение. Поэтому очень важно учесть уже в
самом начале этого процесса работу глаза. Такая предосто-
рожность будет тем более полезной, что мы уже имеем
практическое использование свойств глаза, с точки зрения
физиологической являющихся недостатками, именно свойств
фиксации раздражения, той своеобразной мгновенной фо-
тографичности зрительных впечатлений, которая дала воз-
можность осуществления кинематографа. В дальновидении
этот недостаток глаза нам также пригодится, как приго-
дятся и иные несовершенства нашего зрительного аппарата
в отношении восприятия цветов, оптической силы и другие,
которые будут описаны ниже. Ввиду этого, наше описание
работы глаза имеет целью изложение именно тех явлений
физиологического характера, которые явно нужны для
использования их в приборах дальновидения, исчерпываю-
щий же анализ этого органа должен изучаться по специаль-
ным работам, посвященным физиологии глаза.
>
g ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
I
3. Устройство и работа глаза
Глаз человека представляет собой шарообразное тело,
образуемое несколькими оболочками (рис. 2). Наружная
твердая оболочка образована сухожилиями белого цвета,
непрозрачна для света и называется «склеротикой». В пе-
редней части эта оболочка
Рис. 2. Глаз (разрез оболочки)
переходит в более изогну-
тую и прозрачную «рого-
вую оболочку». Под скле-
ротикой находится «сосуди-
стая оболочка» «choridea».
состоящая из сети крове-
носных сосудов, питающих
глаз. Спереди она утол-
щается и переходит «в рес-
ничную мышцу», прикреп-
ляющуюся к склеротике в
том месте, где она перехо-
дит в роговую оболочку.
В этом же месте сосудистая
оболочка переходит в раду-
жную оболочку с отверсти-
ем зрачка, представляющую
собой цветную диафрагму
хрусталика глаза. Под дей-
ствием мышц радужной
оболочки отверстие зрачка
может делаться больше или меньше. ’ Непосредствен-
но за радужной оболочкой находится двояковыпуклая про-
зрачная линза, «хрусталик» глаза, который и дает оптиче-
ское изображение освещенных предметов на внутренней
задней стороне глаза. Пространство между роговой и ра-
дужной оболочками заполнено водянистой влагой, внутрен-
няя же часть глаза заполнена совершенно прозрачным веще-
ством, так называемым «стекловидным» телом. Оптическое
изображение внутри глаза попадает на особую оболочку,
представляющую собой разветвление концевых аппаратов
глазного нерва. Эта оболочка является самой важной частью
глаза и называется «ретиной» или сетчатой оболочкой. Она
лежит на специальном пигментном слое, находящемся в
свою очередь на сосудистой оболочке. Ретина (рис. 3) имеет
очень сложное строение и несет в своей среде весьма боль-
шое количество отдельных светочувствительных органов,
так называемых «палочек» и «колбочек», к каждой из ко-
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
t
Рис. 3. Ретина
торых идет отдельное нервное волокно. Световые возбуж-
дения передаются в мозг не только основными нервными
волокнами палочек и колбочек, но, повидимому, и другими,
окружающими их нижнюю часть, первичными центрами.
В сетчатке глаза насчитывается около 130 млн. палочек и
около 7 млн. колбочек, которые распределены неравномер-
но. В средине сетчатой оболочки
преобладают колбочки, в боковых
же ее частях—палочки. В наруж-
ных члениках палочек найдено
особое вещество пурпурного цве-
та—«зрительный пурпур» («родоп-
син»), который под действием света
обесцвечивается и опять приоб-
ретает свою окраску в темноте.
В том месте глаза, где в него
входит зрительный нерв, нет ни
колбочек, ни палочек, и глаз в
нем ничего не видит; это так на-
зываемое «слепое пятно» диаметр
которого около 1,8 мм, и по отно-
шению к центру хрусталика оно
захватывает угол около 6°. Этот
пробел в изображении не заме-
чается обычно потому, что та
часть изображения, которая при-
ходится на слепое пятно в одном
глазу, попадает на зрительную
часть в другом, но при наблюде-
нии одним глазом действие этого
пробела легко наблюдается. В
сторону виска и вверх от слепого
пятна лежит самая светочувстви-
тельная часть ретины, являющаяся
местом наиболее ясного видения,
так называемое «желтое пятно»; оно окрашено в желтый
цвет и заполнено по преимуществу колбочками. Диаметр
этого пятна точно не определен, оно имеет удлиненную фор-
му от 2,9 до 0,6 мм, что в угловых единицах равняется
приблизительно 2,25°.
Глаз автоматически изменяет внутренними мышцами
кривизну своего хрусталика и создает на ретине наиболее
четкое изображение. Это свойство называется аккомода-
цией глаза, и только благодаря ему мы видим отчетливо
предметы, находящиеся на различных расстояниях. Но при
10
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
этом оптическая система глаза не является однаково совер-
шенной, и обнаруживаются те недостатки зрения, которые
известны под общим названием «оптических иллюзий». С
точки зрения геометрической оптики хрусталик глаза обла-
дает сферической аберрацией, т. е. концентрирует лучи, вхо-
дящие по краям зрачка, ближе к оси, чем лучи центральные.
Вследствие этого мы получаем на сетчатой оболочке от ка-
кого-либо точечного источника света не точку, а круг боль-
шего или меньшего светорассеяния. Оптическая иллюзия,
Рис. 4. Иррадиация
а
1.6
14
1.2
10
од
0.6
0.4
0.2
ОДОКЦНЩ 1 10 <00100010000 HKJkCbl
ЗабиСимость ocmpombi зрения от
освещенности рассматриваемого
/По Кенигу/
Рис. 5.
основанная на этом недостатке глаза, называется «ирради-
ацией» (рис. 4), заключающейся в том, что белые объекты
на черном фоне кажутся больше, чем те же объекты черно-
го цвета на белом. Черная нить, если она находится перед
ярко освещенной небольшой поверхностью, например, ’пла-
менем, кажется в этом месте прерванной. Точно так же серп
луны в новолуние, когда видна пепельная часть луны, всег-
да кажется меньше темной части. Группа светлых кружков
на темном фоне и с некоторого расстояния кажется шести-
угольником. Явление иррадиации об’ясняется не только
сферической аберрацией глаза, но и мозаичностью располо-
жения колбочек и палочек на ретине.
Оптическая система глаза, хрусталик и находящаяся
перед ним роговая оболочка с водянистой влагой, имеет
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
11
свойства преломляющей системы вполне определенных оп-
тических параметров. Размеры изображения, получаемые на
ретине, зависящие от расстояния до наблюдаемого об’екта
и его размеров, должны быть таковы, чтобы мозаичная
структура ретины заполнила это изображение достаточным
количеством колбочек и палочек, и каждая наименьшая из
интересующих деталей получила определенное очертание.
Диаметр одной колбочки около 0,004—0,006 мм, Поэтому,
когда мы -смотрим на шрифт нормальной печати с рассто-
янием 25 см, буква Н покрывает около 750 элементов* (кол-
бочек) -сетчатки, с расстоянием 100 см на эту букву прихо-
дится уже около 45 элементов и с расстоянием 3,5 м отдель-
ные буквы подобного шрифта не различимы ни для какого
острого зрения. По данным Гельмгольца, наименьшее рас-
стояние между двумя точками, которые глаз может разли-
чить, соответствуют углу зрения в Г. Дальнейшие исследо-
вания показали, что эта величина характерна лишь при оп-
ределенном освещений (рис. 5), и этот угол увеличивается
при меньших освещенностях. Обычно под «остротой зрения»
V понимают не угол а, под которым глаз различает еще две
темных точки на светлом фоне, а величину обратную этому
углу — = V. Таким образом острота зрения становится тем
а
большей, чем угол а меньше. В зависимости от освещенно-
сти острота зрения выражается формулой (рис. 5):
V = algl^rb.
где V — острота зрения, 1 — освещенность поля в люксах,
а и Ь — некоторые постоянные. Это формула справедлива
для освещенности больших 0,1 и меньших 1000 люксов, т. е.
при 0,1 > I > 1000. По данным! Ферри и Ренда имеем следуй
ющую зависимость:
Освещенность
в люксах
0,01
0,1
1,0
10-0
50,0
100,0
200,0
Наименьший
угол в минутах
7,15
3,76
1,21
О 74
0,52
0,51
0,50
Вместо термина «острота зрения», применяемого, глав-
ным образом, в медицине, часто пользуются физическим
термином «разрешающей способности глаза», который обо-
значает наименьший угловой размер, видимый глазом при
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
соответствующей яркости об’екта. Это будет, следовательно,
тот же угол а, таблицы которого даны выше. Вопрос о раз-
решающей способности глаза, о влиянии мозаичности ретины
на качество видения имеет очень большое значение для ре-
шения проблемы дальновидения. Именно на основании фи-
зиологических свойств глаза разработаны все проекты даль-
новидения, и даже на принципе устройства глаза основана
последняя система, давшая окончательное решение задачи.
0.4
11
о,г
0,001,0,01 ОД 1 10 100 1000100001000001000000
Величина разностного порога 6 зависимости
от яркости, /по Кениги и Вродхи./
Рис. 6.
Поэтому нам надлежит рассмотреть еще и другие психо-
физиологические основы работы глаза, которые также ис-
пользованы в дальновидении. В отношении способности
глаза различать различные яркости источников света или
яркости двух неодинаково освещенных элементов поверх-
ности Буге нашел еще в половине) XVIII века, что мы зри-
тельно отличаем не разность интенсивностей, но их отно-
шения. Полагая, что сравниваемые интенсивности света отли-
чаются на величину можем заключить, что глазу свойст-
венно отличать вполне определенное отношение между
приращением интенсивности и ее первоначальной величи-
ной. Таким образом в области зрительных восприятий в не-
которых пределах соблюдается психо-физический закон
Вебера-Фехнера, гласящий, что интенсивность ощущений
растет пропорционально логарифмам раздражений. Этот
закон выводится из того же предположения, что прираще-
ние ощущения dE пропорционально не самому раздражению,
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
13
по отношению увеличения этого раздражения dl к его величи-
ну „
не I, т. е. можем написать, что dE=K—-. Интегрируя в опре-
деленных пределах, имеем:
л
£1-E0 = Klg4- + C,
где К и С постоянные величины. Точные опыты Кенига и
Бродхуна (рис.6), поставленные для общей проверки это-
го закона, а также работы Бланшара (Blanchand) показали,
что он выполняется в пределах
от 10 до 2000 люксов; при сильных
раздражениях и при очень слабых
Д/ I
величина — заметно увеличи- f
вается, а не остается постоян-
ной, как это следовало бы по
закону Вебера-Фехнера. Закон
Вебера-Фехнера соблюдается не
только при сравнении неболь-
ших различий между освещен-
ностями или интенсивностями Рис. 7. Диск Бэйхема
источников света, но и при рез-
ком их различии. 'Впечатление одинакового различия возни-
кает, как это проверено прямыми опытами, когда отношение
между сравниваемыми' величинами остается постоянным.
Работа зрительных ощущений и передача их мозгу
требует некоторого времени. Поэтому чередование вспышек
света, совершающееся с возрастающей скоростью, с неко-
торого момента вызывает слитное впечатление постоянного
света. Опыт показал, что такое слитное впечатление полу-
чается при различном числе смен света с темнотой, которое
может колебаться в довольно широких границах, приблизи-
тельно от 15 до 70 раз в секунду. По опытам Айвса и дру-
гих исследователей найдено, что необходимое число смен
света и темноты, при котором наступает слияние в непре-
рывный свет, пропорционально логарифму интенсивности
мелькающего света, т. е. выражается формулой:
п = a 1g/ Ъ
где л — число мельканий, I интенсивность света, а и Ь — по-
стоянные, зависящие от цвета мелькающего света. Эта вели-
чина а меньше для красного света, чем для зелено-голубого,
и потому мелькание красных лучей дает слитное впечатЛе-
14
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. НАСТЬ I
ние при меньших частотах п, чем мелькание зелено-голубо-
ватых. В том случае, если время вспышки света не равно
времени затемнения, продолжительность времени света и за-
темнения выражается формулой
t = Кап,
где / — общая продолжительность вспышки и затемнения,
а — относительное время затемнения, Кип — некоторые
коэфициенты, причем п есть функция яркости вспышки
света.
Кажущаяся яркость мелькающего света определяется
законом Тальбота-Плато, по которому яркость слитного
ЗеленЬю
100 60 60 60 20 V
% К росного ~
Рис. 8. Треугольник цветов
ощущения равняется той, которая имелась бы, если интен-
сивность прерывающегося света была бы равномерно распре-
делена на весь период смены света и темноты. При равных
по продолжительности сменах света и затемнения кажущая-
ся яркость мелькающего источника равна его половинной яр-
кости. Если время затемнения не равно времени вспышки
света, то соблюдается довольно точно закон, по которому
результирующая яркость слитного ощущения равна яркости
источника, помноженной на коэфициент
tc
-------f
. ‘тем
где tc—время действия света и tTeM—время действия тем-
Оптические й физиологические основы
15
ноты. На основании закона Тальбота и предыдущего закона
Айвса можно учесть возможное изменение яркости кино-
экрана, при сменах кадров 24 в секунду. Время на затемне-
ние экрана, в течение которого происходит смена картин,
обычно равно Уз времени освещения экрана; отсюда легко
подсчитать, что освещенность экрана понижается при рабо-
те обтюратора на 25%.
Биологические объяснения закона Тальбота сводятся к
различным теориям утомляемости зрительного вещества в
сетчатой оболочке глаза и к ее регенерации, совершающей-
ся в определенный промежуток времени. Существенное зна-
чение во всех периодических световых процессах имеет то,
что скорость восприятия лучей различной цветности неоди-
накова. Скорее всего в зрительном аппарате дают себя по-
чувствовать зеленые лучи, затем красные и, наконец, синие.
Эта неравномерность в распространении цветоощущений
проверяется любопытным опытом с диском Бэнхема (рис. 7).
Диск Бэнхема представляет собой круг, половина которого
зачернена, на второй же половине нанесены черные дуги на
разных расстояниях от центра. При вращении этого диска
с небольшой скоростью эти дуги кажутся окрашенными в
красноватый, желтоватый, зеленоватый и сине-фиолетовый
цвета. Это влияние об’ясняется тем, что из полного спект-
ра белого света до глаза успевают достигать только раздра-
жения, идущие с определенными скоростями.
Чтобы частично закончить краткий обзор различных
явлений в работе глаза, остается рассмотреть вопрос образо-
вания цветов и цветоощущений, что очень интересно для
проблемы дальновидения в естественных цветах.
Лучистая энергия, различаемая глазом по цвету (цвета
спектра), с точки зрения физической, отличается по своей
частоте колебаний. С физиологической точки зрения глаз
получает различные раздражения, которые он оценивает,
как красный, зеленый или синий или какой-либо иной. Опы-
ты по смешению красок показали, что все цвета спектра
могут быть получены путем смешения в различных пропор-
циях только трех основных цветов, или, как принято гово-
рить в физиологии, трех основных раздражений, именно
красного, зеленого и синего. Эта мысль была высказана
впервые Томасом Юнгом, развита Гельмгольцем и легла в
основу трехкомпонентной теории цветного зрения. Обшир-
ные работы, произведенные до настоящего времени, приве-
ли к следующим результатам. Все цвета спектра могут быть
выражены смешением трех основных возбуждений, про;
центное содержание которых представляется диаграммой в
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
виде .равностороннего треугольника, по вершинам которого
распределено 100-процентное содержание основных цвето-
вых возбудителей1: красного (X = 0,7 pt) зеленого(Х = 0,505 |л).
и синего (а=0,470[х) (рис. 8). Процентное содержание
каждого из этих цветов для сопоставления данного слож-
ного цвета (длина волны которого представлена внутрен-
ней кривой) получают при откладывании из любой точки
этой кривой параллельных линий к каждой1 из сторон тре-
угольника. Эта теория имеет громадное практическое зна-
чение для всех видов воспроизведения цветных изображе-
ний, будь то фотография, цветная кинематография или
цветное дальновидение. Во всяком случае нам необходимо
получить только три одноцветных воспроизведения, кото-
рые с соответствующими яркостями отдельных компонен-
тов дадут любой цвет спектра, т. е. изображение в натураль-
ных цветах. На практике дело, конечно, несколько усложня-
ется ввиду того, что суждение о равной интенсивности раз-
ноцветных источников значительно затруднено, но все же
три основных возбуждения в различных условиях в широ-
кой степени могут удовлетворить задаче получения всех
цветов спектра.
На основании трехкомпонентной теории большинство
приборов цветного дальновидения проектировалось и стро-
илось как тройные системы, передающие одно и то же изо-
бражение сквозь цветные фильтры указанной выше окрас-
ки. Такие установки до сих пор окончательно не разрабо-
таны по причине их сложности, о чем будет сказано в своем
месте. Чаще в работе приборов дальновидения встречается
необходимость получить черно-белое изображение, имея
на приемном устройстве изображение уже какой-либо ок-
раски. Для этого принимаемое изображение рассматривают
через какой-либо цветной фильтр, комбинация окраски ко-
торого с основным цветом даст впечатление белого цвета.
Такие цвета называются дополнительными; вычисляются
они один по отношению к другому по формуле Гринберга
имеющей выражение равносторонней гиперболы
(X — 559). • (498 — Xj) = 424,
где X означает длину волны одного цвета, Хх — длину
волны цвета, ему дополнительного, причем X должна быть
больше Хх. По этой формуле мы получим, что белый цвет
дает слдующие комбинации цветов: 1) красный и голубо-
вато-зеленый, 2) оранжевый и голубой, 3) желтый и синий,
4) зеленовато-желтый и фиолетовый и 5) зеленый и пур-
пурный. Получение белого цвета из смешения двух допол-
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
17
нителъных происходит не всегда, но лишь при определен-
ном соотношении их интенсивностей. Поэтому закрытие
цветного изображения переменной яркости таким фильтром
дополнительного цвета дает лишь отчасти впечатление бе-
лой окраски, оставляя во многих ее точках хроматические
излучения в зависимости от того, какой из данных цветов
преобладает.
Остается осветить вопрос о различной чувствительно-
сти глаза к основным цветам спектра) вообще. На эту тему
велись многочисленные опыты, которые дали возможность
составить следующую таблицу «коэфициентов видимости»
света различных длин волн спектра {по данным американ.
„Bureau of Standarts“ — Tyndall and Gibson
ТАБЛИЦА 1. КОЭФИЦИЕНТ ВИДИМОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ДЛИН
ВОЛН СПЕКТРА
Л в Коэфи- циент видимости Я в р- Коэфи- циент видимости Л в р Коэфи- циент видимости
0,400 0,0004 0,520 0,710 0,640 0,175
0,420 0,0040 0,540 0,954 0,660 0,061
0,440 0,023 0,560 0,995 0,680 0,017
0,460 0,060 0,580 0,870 0,700 0,0041
0,480 0,139 0,600 0,631 0,720 0,00105
0,500 0,323 0,620 0,381 0,740 0,00025
Из этой таблицы видно, что максимальный коэфициент
видимости у желтого цвета = 0,560), а наименьший—
у темнокрасного и фиолетового.
4. Разложение изображения на элементы
Теперь мы можем резюмировать, какими средствами
обладает человек для восприятия зрительных ощущений.
Глаз, как фотографическая камера с автоматической навод-
кой на фокус, дает четкое, очень мало оптически искажен-
ное изображение на светочувствительной оболочке, состо-
ящей в целом из 137 млн. отдельных элементов (колбочек
и палочек). Каждый из этих элементов представляет ту наи-
меньшую поверхность изображения, меньше которой глаз
ничего не увидит. В большинстве случаев однородно рабо-
тают около 50% всей ретины, т. е. около 60 млн. колбочек
и палочек. При этом каждая колбочка и палочка имеют три
2 Основы дальновидения
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
передающих нервных аппарата, которые отправляют в мозг
не только сообщение о силе света, падающего на палочку,
но и поправку на его цветность. Вся поверхность ретины
работает одновременно, и поэтому она подвержена довольно
значительному утомлению. Отсюда проистекают все законы
логарифмических восприятий яркостей, смены ^мельканий,
цветности. Иначе говоря, каково бы ни было возбуждение
глаза, который, как и все органы чувств человека, сразу же
до известной степени утомляется и в дальнейшем реагирует
о
о
Рис. 9. Проект Сенлека
лишь на приращение этих изображений. Для регенерации
чувствительности глазу требуется, чтобы смены впечатле-
ний происходили не быстрее 7—10 раз в секунду; в этом
случае он будет действовать на всякое возбуждение, как на
совершенно новое.
Мозаичность ретины, как уже говорилось выше, навела
изобретателей на мысль о необходимости делить изображе-
ние, создаваемое искусственными /оптическими системами,
на ряд отдельных мелких поверхностей, каждая из кото-
рых соответствовала бы группе палочек или колбочек в ре-
тине и считалась равномерно освещенной. Так как соеди-
нение отдельными проводами' передающей мозаичной панели
с подобной же панелью из световоспроизводящих элемен-
тов приемного устройства практически невозможно, то уже
в первых проектах дальновидения предлагалось поочеред-
но пересоединять специальным коммутатором одну электри-
ческую линию- по всем элементам мозаики на передающем
аппарате, причем движение подобного же переключателя на
приемной станции должно было осуществляться синхронно
(рис. 9). Ввиду того, что подобное переключение при помо-
i
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 19
щи механических скользящих контактов возбуждало ряд
паразитных эффектов (статического электричества), мысль
о мозаичной светочувствительной (панели была оставлена
надолго, а вместо нее появилось много систем, которые пе-
ремещали самое изображение по одному светочувствитель-
ному элементу, соединенному при помощи одной линии с
одним же световым реле, свет от которого* направлялся на
экран совершенно по тем же кривым и с той же скоростью,
с какими перемещалось изображение на передатчике. Этот
принцип, хотя и дающий возможность .получить примитив-
ное дальновидение, уже значительно уклонялся от работы
глаза и первых мозаичных панелей. В то время как в гла-
зу и на мозаике зрительное и световое ощущения остаются
неопределенно долго, в работе аппарата дальновидения с
постепенной 'Передачей изображния каждый импульс про-
должается очень короткое время, что и создало ряд про-
блем в разработке дальновидения. Современные средства
связи, проволока и радио, не дают возможности без исклю-
чительного нагромождения весьма сложных механизмов пе-
редать одновременно столь большое количество сигналов,
какое, как можно ожидать, будет необходимо для передачи
изображения. Поэтому во всех приборах дальновидения
изображение передается постепенно, отдельными импульса-
ми, которые следуют один за другим, в определенной по-
следовательности, с очень большой скоростью'. Как уже вы-
яснено выше, во избежание мельканий вся передача одного
изображения должна укладываться в промежуток от 1/13 до
^зо сек. Дальновидение высокого качества, (Приближающееся
к кино, совершается со скоростью до 25 изображений в се-
кунду, как это принято и в кинотехнике, причем каждое
изображение обследуется по прямым линиям, сметающимся
параллельно одна по отношению' к другой, как строчки в
книге (рис. 10). Такой прием передачи изображения, приня-
тый не только в дальновидении, но и в фототелеграфии,
называется разложением изображения на элементы. Элемен-
том изображения является одна весьма малая его часть, ос-
вещенность которото, каково бы ни было изображение, счи-
тается равномерной. Чем меньше элемент изображения, тем
выше качество получаемого изображения. Как выяснено из
краткого обзора физиологии глаза в предыдущей главе,
глаз имеет около 60 млн. трехцветнодействующих элементов
(колбочек и палочек) что дает основание думать, что для
того, чтобы сделать электрическое дальновидение равным
простому видению', нам необходимо строить столь же высо-
кокачественные системы разложения изображения. С целью
2*
20
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
выяснения необходимого числа элементов разложения изо-
бражения следует положить в основу этого вопроса какой-
либо критерий качества изображения, удовлетворяясь теми
результатами -в какой-либо сходной области техники, кото-
рые считаются эксплоатационно удовлетворительными. Та-
кие сведения могут быть получены при анализе: 1) жур-
нальных иллюстраций; 2) обычных фотографий; 3) фото-
графий, переданных приборами фототелеграфии; 4) кино-
проекционных изображений, и, наконец, 5) специальных
изображений, снятых при помощи приборов, имитирующих
разложение изображения в дальновидении, с различными
степеням совершенства, т. е. с различным числом элементов.
.Рис. 10. Принцип разложения изображения на элементы
Фотографии, воспроизводимые в печати типографским пу-
тем, разделены на мелкие клетки перекрепивающимися вза-
имно-перпендикулярными рядами параллельных линий. На-
иболее грубые репродукции имеют эти линии («растр») чи-
слом 20 на 1 см, т. е. изображение составляется из квадра-
тиков со стороной в 0,5 мм и, следовательно, 400 элементов,
на 1 кв. см, более совершенные имеют до 70 линий на 1 см,
т. е. 4 900 квадратных элементов на 1 кв. см. Если допустим,
что принятое изображение имеет размеры ЮХ12 см—
= 120 кв. см, то в первом случае изображение имеет 48. тыс.
элементов, а во- втором 588 тыс. Фотографии обычного ти-
па мало отличаются по качеству от очень хороших журналь-
ных иллюстраций, хотя в них возможна необходимость еще
более тонкого растра, порядка 600 тыс. элементов. Фотогра-
фии, переданные аппаратами фототелеграфии, разлагаются
этими приборами также с растром 600 тыс. элементов. Изо-
бражение кинокартин, как показал Сильван Гаррис (Sylwan
Harris), потребует к своему анализу несколько иного приема.
Известно, что лучшие места в кинотеатрах располагаются
обычно в середине зала, откуда изображение на экране
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
представляется наиболее четким. Места более близкие
считаются менее удобными для нормального зрения вслед-
ствие того, что картина представляется хотя и более
яркой, но значительно более размытой и неясной, зад-
ние ряды зрителей, теряют уже и в яркости и вследствие
уменьшения размеров деталей изображения. Таким образом
наиболее удобные места определяются оптическими свойст-
вами глаза. Чтобы выяснить, какие именно свойства глаза
здесь важны, припомним, что- в целом ряде других случаев ис-
пользования зрения (например при чтении) найдено, что на-
именее утомительным является чтение тех книг, строчки ко-
торых имеют определенную длину; так были выбраны разме-
ры строчек для газетного столбца, размеры больших плака-
тов и т. п. Выбор этих соотношений размеров основывается
Рис. 11. Угловые размеры изображения
на простом правиле, что для наиболее удобного видения не-
обходимо, чтобы вся строка, линия или изображение, либо
большая часть их, укладывались в поле зрения глаза, и при
этом размеры наименьших деталей не превосходили разре-
шающей способности глаза. Здесь уместно напомнить, что
линейные размеры предметов для зрительного впечатления
не имеют существенного значения, но действительной мерой
изображения является угол, стягивающий это изображение с
вершиной его в глазу наблюдателя; тогда всякий предмет
высотой h (рис. 11), находящийся на расстоянии г от глаза,
h
ооразует угол — радианов. Строго говоря, это относится к
длине дуги радиуса т, но с некоторым приближением можно
принять тот же термин и в нашем случае. В этих измерениях
поверхность прямоугольника а X b представится с опреде-
ленного расстояния некоторым числом г квадратных ради-
aft
и для глаза получится одно и то же впечатление,
если будут наблюдаться различные поверхности соответ-
ствующих расстояний. Так, маленькое изображение разме-
22
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
рами 30 X 40 мм, наблюдаемое с расстояния 400 мм, пока-
жется совершено таких же размеров, как большой экран
3 X 4 м с расстоянием 40 м, так как в обоих случаях угловая
поверхность изображения есть
ab
0,75 • IO"2 рад.2
Учитывая среднюю разрешающую способность глаза,
как угол в Г, что составляет в радианах 1 :3 420, найдем,
что элементарная угловая поверхность, которую глаз ви-
дит, равняется, приблизительно,
/ 1 \2
(- — ) = 10'7 рад.2
. \ 3420 /
Опытом найдено, что угловые размеры наиболее удоб-
ного ведения поверхности киноэкрана суть 0,05 рад.2, что
соответствует положению зрителя на расстоянии, равном пя-
ти высотам экрана. Разделив эту поверхность 0,05 рад.2 на
10”7 рад.2, получим опять же число 500 тыс. элементов, даль-
ше которого не имеет смысла итти, если только принимаемое
изображение будет наблюдаться невооруженным глазом. Не
ставя пока окончательного решения вопроса о действительно
необходимом числе элементов разложения изображения, а
также и те сведения, которые можно получить на этот пред-
мет при помощи имитации телевизионных изображений
специальными приборами, рассмотрим вкратце основные
принципы разложения изображения.
Для осуществления разложения на элементы, как уже
говорилось- выше, все изображение, составленное из соче-
таний темных и светлых мест, перемещается оптическим пу-
тем по небольшому непрозрачному экрану, имеющему ма-
ленькое отверстие. Это отверстие и составляет «элемент по-
верхности изображения». Вместо того чтобы перемещать оп-
тически само изображение, можно перемещать экран с от-
верстием, оставив изображение неподвижным. Таким экра-
ном с отверстиями может служить так называемый «диск
Нипкова» (рис. 12), у которого на периферии имеется ряд
отверстий, расположенных по логарифмической спирали
Каждое отверстие, проходя в плоскости изображения, выре-
зает из него одну строку, и для полноты разложения эти
строки должны следовать параллельно непосредственно од-
на за другой. Обычно отверстие в таком диске имеет форму
квадратика, который создает по длине строки столько эле-
ментарных импульсов, сколько раз его сторона укладывает-
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
23
ся в длине строки. В направлении смещения строк поверх-
ность изображения зависит, конечно, от числа строк, и сле-
довательно, полное число элементов изображения выразится
произведением числа строк z на число элементов в строке
; если высота изображения Н, то сторона одного эле-
мента будет г1
Отношение
В 2 В
тогда получим п = z —--------.
ширины изображения к его высоте в боль-
шинстве стран принято такое же, как
и в кинокадре, т. е.
Рис. 12. Разложение изображения диском Нипкова
4/3. Поэтому для стандарта п = 1,33 А Если подсчитать по
этой формуле число строк, необходимое для разложения
1 изображения на 500 тыс. элементов, то получим, z = 612. От-
' метим здесь же, что реально существующее наиболее совер-
шенное дальновидение имеет 240 строк, и дальнейшее уве-
I личение их числа хотя принципиально и возможно, но при-
J менение подобной системы’ встречает затруднения уже в ра-
Л диотехнической части прибора дальновидения.
Разложение или развертка изображения; на строчки по-
лучила термин «первичного разложения». Число элементов
в одной строчке называется «вторичным разложением'». Чис-
ло полных изображений в* секунду часто заменяется терми-
ном из кинотехники «число кадров». Все эти параметры
разложения изображения до известной степени влияют со-
24
>
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
вместно на кажущееся качество изображения. Число кад-
ров, необходимое для получения слитного впечатления, за-
висит от яркости изображения по формуле
N = a]gI-[-b,
в то же время острота зрения или разрешающая способ-
ность глаза также зависит, в* известных пределах, от яркос-
ти экрана ПО' подобной же формуле V = ax 1g 1 -f- Ь1У и сле-
довательно, для теоретического суждения о необходимом ко-
Рис. 13. Диск Нипкова для имитации дальновидения
личестве элементов изображения надо, казалось бы, рас-
сматривать весь этот вопрос во всем об’еме оптико-физиоло-
гических свойств глаза. К этим основным формулам, опре-
деляющим отдельные стороны работы глаза, необходимо,
однако, добавить закон, по которому нарастает качество
изображения в зависимости от одного только увеличения
числа элементов. Здесь при имитации телевизионных изобра-
жений очень легко впасть в любую* ошибку, так как сам тер-
мин «качество» является совершенно неопределенным. Истин-
ный «качественный» закон нарастания чёткости изображе-
ния с увеличением числа элементов мог бы быть определен
только в том случае, если бы лаборатории располагали ря-
дом телевизионных установок, дающих изображения от
наименьшей до-наибольшей четкости. Ввиду невозможности
пока произвести такое исследование, так как совершенные
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
25
передатчики дальновидения появились только в 1933 г. в
RCA, большая часть работ в этой области дальновидения
велась на сравнении фотографий, снятых сквозь вращающий-
ся диск типа Нипкова (рис. 13). На этих фотографиях, как
можно видеть по прилагаемым иллюстрациям, каждое отвер-
стие диска пропускало только однородную среднюю осве-
щенность элемента изображения. Для этого обычная фото-
Рис. 14. Образец ими-
тации дальновидения по
Худеку
Рис. 15. Прибор имитации даль-
новидения по Худеку
графия (диапозитив) проектировалась на диск с отверстиями
(рис. 14), причем сам диск представлял собой толстый дере-
вянный круг, а каждое отверстие — некоторую элементарную
трубочку. Трубочка отверстия выбелена изнутри диффузно
рассеивающей краской, так что те детали изображения, кото-
рые попадают на нее со стороны проекции на диск, с другой
его стороны дают лишь равное интегральное освещение от-
верстия. С этой стороны диска изображение кажется таким
же, как полученное на телевизионном аппарате с диском
Нипкова, с соответствующим числом отверстий. С подобным
прибором можно снять ряд фотографий, имитирующих даль-
новидение различной четкости, и затем производить на них
исследования* по выявлению» закономерности (рис. 15).
Более близкий к действительным условиям работы
дальновидения результат получится, если вместо снимания
фотографий сквозь такой диск мы пропустим оригиналы
этих фотографий через аппарат фототелеграфии при работе
его на короткую линию или на свой же приемный барабан.
Лучшие аппараты фототелеграфии дают разложение изобра-
26
основы Дальновидения, часть 1
жения с четкостью до 600 тыс. элементов. Число элементов
разложения можно менять, изменив несколько конструк-
цию прибора, и получить изображения различного качества.
Результат такого исследования будет ближе к действитель-
ному, так как в его работе участвует вся фотоэлементная и
усилительная часть (рис. 16).
Наконец, весьма полезные сведения можно получить,
если изготовить таким фототелеграфным путем кинопленки
различного числа элементов разложения. Проектируя эти
кинопленки на экран, можно варьировать их яркость, раз-
меры изображения, окраску и число кадров в секунду и по
такой репродукции судить о качестве изображения и функци-
ональной закономерности в зависимости от параметров раз-
вертки. Как показали исследования, проведенные в различ-
ных лабораториях (ЛЭФИ—Я. А. Рыфтин, Д. К. Ганнетт—
Белл-лаборатория (D. К- Gannett Bell Laboratory); Худек -
Берлин, почтамт (Hudec—Postamt, Berlin); Венстром —R.C.A.),
качество изображения растет не пропорционально количеству
элементов разложения, а представляется довольно сложной
логарифмической зависимостью на основе закона Вебера-
Фехнера. Такой результат (найденный в ЛЭФИ инж.
Я. А. Рыфтиным) теоретически обоснованный, приводит к
выводам о ненужности большого числа элементов разложе-
ния. В то же время, когда, наконец, было получено совер-
шенное дальноведение (R.C.A. на 70 тыс. элементов), ока-
залось, что оно также не вполне удовлетворяет всем случаям
жизни, и для определенных видов объектов передачи тре-
буется еще большая четкость. Об’яснить такое противоре-
чие можно в сущности очень просто’. Какое бы мы ни про-
изводили сравнение двух состояний вещества, если только
мы производим это сравнение «на-глаз», мы всегда придем к
закону Вебера-Фехнера. Закон Вебера-Фехнера— это закон
утомляемости организма; организм сразу же устает, сразу
теряет способность ориентироваться в абсолютных едини-
цах и реагирует только на приращение эффекта. Поэтому
все исследования, упомянутые выше, для действительной
судьбы дальновидения большого значения не имеют. К даль-
новидению будут и должны пред’являться требования совер-
шенно1 такие же, как и к фототелеграфии; оно должно вос-
производить неизвестные наблюдателю об’екты так, чтобы он
мог судить об их природе, форме и т. п. как если бы он их
видел непосредственно. Таким образом 'единственным пра-
вильным и абсолютным решением вопроса является увеличе-
ние числа строк разложения до 600, как это было подсчи-
тано на основании разрешающей способности глаза при
Рис. 16. Образцы имитации дальновидения по Венстрому (4200 элементов)
имитации дальновидения по
Венстрому (20.000 элементов)
Рис. 16, Образцы
Рис. 16. Образцы имитации дальновидения по
Венстрому (20 000 элементов)
J
।
EC
DQ
s
1=1
65
s
<L>
S
о
; Я
«з
•el
S
S
rd
S
a
s
s
СП
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 27
освещенностях от 1 до 10 люксов; Другое дело — вопрос о
временных стандартах. Здесь теоретические работы, упомя-
нутые выше, а также исследования моделей дают возмож-
ность сделать ряд весьма практических выводов, которые
приближают момент полного (внедрения дальновидения в
эксплоатацию. Наиболее интересными с этой точки зрения
являются работы Венстрома (в «Signal Corps» США)
(рис. 17—49), произведенные по методу фототелеграфии с
различным растром.
Классификация суб’ективного качества изображений,
принятая Венстромом, заключается в следующем:
I класс —совершенные изображения, полностью не от-
личающиеся от репродукций кино, без всякой видимости
строчек развертки;
II класс — превосходные изображения; строчки разверт-
ки едва заметны, но совершенно не должны портить изо-
бражения мелкого плана (массовые сцены и т. п.);
III класс — очень хорошие; строчки заметны и слегка
портят мелкие детали;
IV класс—хорошие; строчки заметны сильно, но не пор-
тят общего вида изображения мелкого плана;
V класс — средние; развертка на строчки портит общее
впечатление изображения;
VI класс —плохие (непригодные) изображения, в кото-
рых трудно уловить смысл.
Приведенные здесь иллюстрации (рис. 17—19) позволяют
судить о качестве изображений с различной степенью чет-
кости. На основании анализа этих опытов составлена сле-
дующая практическая таблица зависимости качества изо-
бражения от четкости разверстки как числа элементов,
так и числа строк (табл. 23). Последние результаты
дальновидения с четкостью в 70 тыс. элементов, опублико-
ванные д-ром Зворыкиным, подтверждают в значительной
степени классификацию Венстрома и она вполне при-
, годна для ориентировочных подсчетов телевизионных уст-
ройств. Для исследования тех же вопросов функциональной
зависимости четкости изображения — в лаборатории R.C.A.
были изготовлены кинофильмы, снятые через искусственный
растр следующим образом (рис. 17). Свет от точечного источ-
ника 7 направлялся конденсатором 2 на кинопленку 3 в рам-
ке. Об’ектив 4, закрытый элементарной диафрагмой 5, давал
изображение пленки 3 на поверхности множества маленьких
линз 6. Свет, проходя через линзы б, собирался линзой 7
на об’ективе 8, который давал изображение растра 6 на рам-
ке 9, за которой помещалась снимающая пленка. Ввиду то-
28 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
го, что изготовить маленькие линзы очень трудно, вместо
них применялись стеклянные пластинки, снабженные парал-
лельными цилиндрическими выпуклыми полосками, приме-
няемые в цветной кинематографии фирмы «Кодаколор»
(Kodacolor). Складывая две такие пластинки выпуклостями
вовнутрь и перпендикулярно одна ПО' отношению другой в
направлении их цилиндрических бороздок, получаем опти-
ческую систему, состоящую1 из рядов параллельно располо-
женных собирательных систем. Каждое скрещивание таких
бороздок эквивалентно элементу изображения. Фокусное
Рис. 17. Прибор для снятия искусственных телефильмов
расстояние таких маленьких линз получалось всего в/юоо
дюйма, что не удовлетворяло оптической системе, и плас-
тинки располагались на некотором расстоянии, а в промежу-
ток наливалась жидкость, коэфициент преломления которой
больше воздуха, но менее стекла, так что фокусное расстоя-
ние линзового растра можно было менять по желанию. Филь*
мы были изготовлены на растр 60, 120, 180 и 240 строк, и
образцы их приведены на иллюстрациях (рис. 18). На-
блюдения велись над изображениями различных размеров, и
оптимальным расстоянием наблюдения считалось то, с кото-
рого растр переставал быть заметным, что привело к выво-
ду, что средняя разрешающая сила глаза в данном случае
равна двум минутам. Подобные же исследования над непод-
I.
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 29
вижными изображениями показали, что разрешающая сила
глаз в этом ^последнем случае—одна минута.
При выборе наилучш'его расстояния наблюдения с точ-
ки зрения расположения деталей, а не в оценке растра, по-
лучаются другие зависимости, которые показывают, на-
сколько близко развертка в 240 строк подходит к обычной
кинопроекции. Если сравнить проекции искусственных теле-
визионных фильм с обычными проекциями, то окажется, что
обе картины представляются с одинаковым числом деталей
с расстояний больших на 50%, чем те, на которых исчезает
Высота изображения 6 дюймах
Рис. 19. График Энгстрема
растр. Весьма оригинальные опыты с искусственными филь-
мами были произведены с целью определения максималь-
ного растра, при котором можно вполне понять сюжет кар-
тины. Проектируя на небольшой экран <50 Х50 см) подоб-
ные фильмы <16 мм кадра) получилось, что
60 строк развертки — совершенно не достигают цели,
120 „ „ — едва подходят,
180 „ „ —дают минимальный результат,
240 „ „ — дают вполне удовлетворитель-
ный результат,
360 п „ — дают превосходный результат,
460 „ „ — результат, равный обычной ки-
нофильме.
Сведя эти результаты в одну общую диаграмму, Энгст-
рем получил график (рис. 19), позволяющий определить чис-
ло строк разложения изображения при заданной высоте
экрана и заданном расстоянии наблюдения или .размере эк-
30 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I ч
*
рана, при данном' числе строк и расстоянии. Например, на рас-
стоянии 2,4 м находим, что линия № 8 пересекается с гори-
зонтальной линией, соответствующей 360 строкам на орди-
нате, отстоящей на 20 делений горизонтальной шкалы, т. е.
высота изображения! получается 51 см; при 240 строках най-
дем, что изображение может иметь 77,5 см высоты и т. д.
Так как эта диаграмма получена из экспериментальных дан-
ных, то она дает довольно близкие совпадения! с результа-
тами, которые получаются от аппаратов дальновидения.
Этот же вопрос, вопрос о связи числа элементов изо-
бражения с его размерами и освещенностью разбирался
Видеманом в 1931 г. В основу своих исследований Видеман
кладет разрешающую способность глаза, которую- прини-
мает как угол Г для ярких и 3' для более темных изображе-
ний. Расстояние А то же, что у Энгстрема, с которого растр
исчезает, наблюдалось различными лицами. При соотноше-
нии сторон кадра 4/3, при постоянной освещенности изо-
бражения в 50 люкс, -высоте изображения Н и числе -строк z,
получилась следующая зависимость
Н 6/__
А=490 — УЕ ,
Z
где Е — освещенность экрана в люксах. Коэфициент 490 спра-
ведлив лишь для живых объектов, лиц й т. и.; для контуров
и надписей, а также для более темного- экрана, какой чаще
всего встречается в дальноведении, формула Видемана име-
ет вид
А = 750 —
Z
В своей работе о четкости и качестве изображений в
дальновидении Я. А. Рыфтин (из ЛЭФИ) выводит формулу,
дающую оптимальное число- элементов, основываясь на опы-
тах сравнения искусственных телевизионных изображений,
снятых через диск с отверстиями. Сравнение этих фотогра-
фий привело автора к убеждению, что четкость изображе-
ния, как психо-физиологическое ощущение, подчиняется за-
кону Вебера-Фехнера и имеет в основном следующее выра-
жение.
g = Р Ig П>
где g— коэфициент, характеризующий четкость изображе-
ния. Полагая g=l, т. е. наличие 1’00% четкости, получается
1
выражение для р = ---------. Так как разрешающая сила
ft max
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
31
глаза (величина обратная остроте зрения) зависит от осве-
щенности и по данным Кенига выражается
S = 0,434 (ZgO,9E 4-1,29),
S — острота зрения,
то максимальное число элементов определится выражением.
Птах = 1,57 [—Г{ 0,434 (lgO,9F + 1,29)2- 107
\ A J
Отсюда получается, что при различных освещенностях
экрана число элементов разложения изображения, выше ко-
торого не имеет смысла итти, определится в следующей по-
следовательности :
При Е = 1 ЛЮКС Ишах = 53000
„ Е = 10 „ птах = 157 000
„ £ = 10) „ Птах =311 030
ТОВ
Закон нарастания четкости от увеличения числа элемен-
определяется тогда следующей зависимостью:
_______Jgn______
'г'^УтУ'5*'10’
где Н — высота изображения, А—расстояние его наблюде-
ния и S — острота зрения при данной освещенности.
Несмотря на то, что автор вполне правильно подходит
к разрешению поставленной задачи, нельзя все же не усмот-
реть некоторой произвольности в трактовании полученных
результатов. Метод, положенный в основу,— метод сравне-
ния «на-глаз» качества двух об’ектов,— не является методом
для точного научного исследования. Такой прием, в какой
бы области он ни применялся, всегда приведет к закону Ве-
бера-Фехнера, а с ним и к выводу, что при большом числе
элементов, например 40 тыс., нет смысла итти дальше в
увеличении их числа, так как по сравнению с предыдущим
результатом выигрыш будет недостаточно' оправдан затра-
тами и усилиями, произведенными на его достижение. При
малых освещенностях, при рассматривании телевизионного
изображения как некоторого ориентировочного намека на
события, происходящие на экране, можно действительно
удовлетвориться данными, которые получаются по этим фор-
мулам, но как только к дальновидению- будут пред’явлены
такие же требования, как и ко всем оптическим проекцион-
ным установкам, ничто- кроме увеличения числа элементов и
яркости экрана не будет удовлетворять условиям эксплоа-
тации. Принципиальные ограничения, которые вводятся
32 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ 1
структурой^ фильмы, по данным Туна, довольно близко под -
ходят к условиям предельной работы глаза. Нормальный ки-
нокадр, имеющий размеры 18X24 мм, имеет зернистость
светочувствительного слоя с размерами отдельных крупи-
нок около 0,015 мм, т. е. поверхностью' 0,000225 кв. мм. Та-
ким образом его предельное число элементов около 2 млн.
При применении сильной проектирующей оптики, вследствие
аберраций, размер элемента, дающего ровное освещение на
экране, становится около 0,033 X 0,033 мм = 0,001 кв. мм,
что дает около 432 тыс. элементов. Поэтому кадр, слабо от-
печатанный, который часто применяется в телекино, имеет
элементы размерами всего 0,1 X 0,1 мм = 0,01 кв мм, что
дает всего 43 тыс. элементов. Таким образом; мы видим, что
и в условиях нормальной проекции могут быть случаи не
вполне совершенного воспроизведения, и максимальное чис-
ло элементов определенно ограничено.
Подводя итоги всех перечисленных работ, можно сде-
лать следующие выводы:
1. Дальновидение высокого совершенства, необходи-
мое в военном деле и в специальных условиях его
применения, потребует порядка 500 тыс. элементов,
т. е. при кадре 4/3 около 612 строк разложения.
2. Дальновидение высокого качества, дающее возмож-
ность наблюдать массовые сцены, кинопьесы раз-
личных сюжетов- и прочие сложные об’екты, с пол-
ным пониманием этих событий, потребует около
170 тыс. элементов, т. е. при кадре 4/3 360 строк.
3. Дальновидение тех же сюжетов, что и в п. 2, но
несколько ниже по качеству, с исчезновением неко-
торого количества мелких деталей, потребует 75 тыс.
элементов при 240 строках.
4. Дальновидение хорошего качества для отдельных
лиц, снятых крупным планом, и только условно до-
пустимое для массовых сцен, потребует 20—40 тыс.
элементов, при 120—180 строках разложения.
5. Дальновидение удовлетворительного качества для
отдельного лица, например, говорящего по телефо-
ну, и небольшой группы средним планом потребует
10 тыс. элементов при 90 строках.
6. Опытное дальновидение, при котором распознавание
группового сюжета не всегда возможно, пригодное
лишь для передачи объектов крупным планом,—^при-
нятые пока стандарты 60, 48 и 30 строк,
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
33
5. Современные стандарты
Основным стандартом дальновидения при передаче по
радио на длинных волнах до середины 1934 г. оставался
стандарт в 1 200 элементов при 30 строках и 12Уй кадрах в
секунду. Направление развертки по большей части горизон-
тальное для строк, смещающихся сверху вниз, как строчки
в книге. До 31 марта 1934 г. Бэрд передавал из Лондона
дальновидение на 30 строках соотношение сторон кадра 3/7,
причем развертка осуществлялась снизу вверх и справа на-
лево при числе кадров также 12Уз в секунду. В дальней-
шем предполагается, что соотношение сторон остается всег-
да 4/3 для горизонтальной развертки, и изменено будет
только число строк. На 1934 г. по СССР был принят, кроме
стандарта в 1 200 элементов еще стандарт высокого качества
на 120 строк при 25 кадрах в секунду ?(19 800 элементов) для
работы на ультракоротких волнах в пределах города. Час-
тично механическое дальновидение в Америке производи-
лось на 60 строчках, соотношений сторон 5/4 при 25 кадрах
в секунду. Наиболее совершенное современное дальновиде-
ние с катодными передатчиком и приемником системы д-ра
Зворыкина (RCA) совершается при 240 строках и 30 кад-
рах в секунду, соотношение сторон 4/3 (75 тыс. элементов).
Опытная передача с Empire State Building в Нью-Йорке
велась на 120 строк, 25 кадров в секунду, соотношение
сторон 4/3 и ныне заменяется передачей на 240 строк.
Размеры изображения на 120 строк: основная рамка
120 X 158 элементов = 18 960 элементов; конец в 14 элемен-
тов предназначен для синхронизации и обратного хода; низ
кадра в две строки — для синхронизации и обратного хода
по кадрам. Действительная поверхность изображения
118 X 1441— 16 992.) Большей частью параметры передачи
дальновидения, применяющиеся другими лабораториями,
кроме указанных, не имеют стандартного значения, так как
разработка приборов может считаться подошедшей к ко-
нечному этапу только в конце 1933 г. Поэтому стандартной.
единицей можно считать только соотношение сторон изоб-
ражения 4/3, то же, что* и в кино, и горизонтальное направ-
ление строк развертки. Число строк еще окончательно уста-
новленным считать нельзя, хотя намечается 120 строк для
СССР при 24 кадрах в секунду. Изображения в 30 строк пе-
редаются на частоте кадров 12% в секунду по чисто радио-
техническим соображениям, хотя и для них значительно
удобнее 24 в смысле согласования передачи изображения и
звука со звучащей кинопленки.
3 Основы дальновидения
34
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
6. Зависимость визуальной яркости от числа элементов
изображения
При изложении закона Тальбота было упомянуто, лгге
общая кажущаяся яркость мелькающего света выражается
зависимостью
где ©Асию— кажущаяся яркость источника, фист—истинная его
яркость tc — время открытия света -и tm — время закрытия
света. Это выражение выводится из того положения, что
яркость источника окажется как бы равномерно распреде-
ленной на весь период затемнения и света. В дальновидении
мы имеем в каждый данный момент только один элемент
изображения, освещенный источником модулированного све-
та, вся же остальная часть изображения по- отношению! к не-
му не освещена, и время, по истечении которого тот же эле-
мент опять получит освещение, равно продолжительности
развертки всего изображения. Если время нахождения луча
на элементе считать т, то время темноты для данного эле-
мента будет (п — 7)т, где п — число элементов. Поэто-
му яркость каждого элемента изображения, по закону Таль-
бота, представляется по приведенной формуле:
®ист
Фэл. = Фиет, ---------=-------
(П— 1)т + т п
Яркость изображения зависит не от его поверхности, а
лишь от количества света, падающего на единицу ее. По-
этому яркость изображения представится в виде
___ Фиет.
Физобр. --- 7
п
Тун исправил эту формулу, введя в ее числитель ряд коэффи-
циентов, близких к единице, некоторые из которых имеют
реальный смысл. Формула Туна представляется в ’следую-
щем виде:
Hl kf • • с
Физобр. ---Фиет. ---------------:,
п
где v0 —коэфициент потерь в оптических стеклах, проекта-
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
рующих свет источника, до или после системы раз-
ложения изображения;
nL— число элементов изображения, одновременно дей-
ствующих от источника света, так как возможны
системы разложения изображения, в которых глаз
видит не один только элемент, а несколько в* каж-
дый данный момент;
гй—коэфициент потерь света в модуляторе (как будет
выяснено в соответствующем месте, получение им-
пульсов света различной яркости может сопровож-
даться значительными ослаблениями яркости све-
та, входящего в модулирующее устройство, напри-
мер, для модулятора Керра г5 — 0.1);
Kf—'Отношение поверхности светящейся точки к по-
верхности элемента изображения;
g — фактор однородности, по большей части принима-
емый равным единице.
Из этих коэфициентов' абсолютное значение имеют толь-
ко г0» и г ; остальные же имеют условный характер и
не могут быть учтены заранее, поэтому формулу Туна мы
пишем так:
Vo пъ • v
ЗЗизобр. - ЗЗист. *
Оптические (потери в системах, проектирующих или уве-
личивающих изображение, зависят от числа поверхностей
линз, от которых свет отражается и теряется. Для коэфи-
циента 0 Тун дает следующую таблицу, которой вполне
возможно пользоваться.
ТАБЛИЦА 2
Число стекол Потери в оптических системах
1 2 3 4 5 6 7 8
Го 0,92 0,85 0,78 0,71 0,66 0,60 0,56 0,51
V
Таким образом, простая лупа, поставленная перед теле-
визионным изображением, уже снижает его яркость на 8%,
и эту разницу глаз, несомненно, замечает.
Формула Туна приводит к чрезвычайно неутешительным
выводам, что яркость применяемого изображения обратно
пропорциональна числу элементов’ изображения, а так как
конечной целью дальновидения является проекция изобра-
жения на киноэкран, то- проблема этой части работ кажется
з*
36
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
непреодолимо трудной. Чтобы быть более определенными,
приведем несколько данных, характеризующих освещенность
экрана в зависимости от яркости источника и числа эле-
ментов разложения. По вычислениям Горена (доклад на
II конференции по дальновидению в СССР в 1S33 г.) для ПО'
лучения киноэкрана, освещенного 25 люксами при 19 800 эле-
ментах, яркость источника должна быть 1 570 тыс. стильбов,
если применяется диск Нипкова, и 470 тыс. стильбов, если
применяется линзовый диск. Театральное кино потребует в
тех же условиях при освещенности 65 люксов 42,6 и 30,5 млн.
стильбов, что является практически неосуществимым.
7. Зависимость мерцания от яркости изображения
В главе об общей теории работы глаза была указана
формула Айвса, характеризующая мерцание источника
/V = alg^3 4- b. где /V — число мельканий, —яркость ис-
точника, величины а и b — постоянные.
Эта формула была проверена для телевизионных изо-
бражений в ЛЭФ-И и для постоянных а и йбыли найдены сле-
дующие экспериментальные данные:
для полного отсутствия мерцания а0 = 9,61
„ допустимого мерцания ях~8,67
„ слегка утомляющего мерцания а2 = 7,5
Замечая, что = а--~а? = 6,8, получим
^0 ^2
0 —
i = 5S
2 = 51
формулу:
где В — коэфициент мерцания, равный 1 — при отсутствии
такового; 0,9 —при допустимом мерцании и 0,78 — при
слегка утомляющем (логарифмы десятичные). При вычисле-
. свеч. „
нии ® выражается в стильбах, т. е. —--------. Переход от
см2
стильбов к освещенности в люксах получится по формуле
1 (-4
свеч.
см-
Тогда? формула может быть преобразована так:
л _ Л „ 10~* ’ Л \ _____ _ . .
= 9,61 (lg Е 4“ 2,314)
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 37
При больших освещенностях порядка 100 люксов эта
формула дает несколько преувеличенные значения:
N t=± 9,61 * 4,314 = 41,5 кадров, что отчасти противоре-
чит установленным опытом нормам обычного кино — 25 кад-
ров в секунду.
8. Общие выводы о разложении изображения
Разобранные выше исследования с моделями телевизи-
онных изображений, произведенные в различных лабора-
ториях, сводились, однако, к одному общему методу. 'Пре-
дельное число элементов, на которое надо разбить видимое
изображение, определяется делением' величины площади это-
го изображения (в угловых или поверхностных единицах)
на площадь одного элемента изображения. Поверхность
одного элемента определяется, как наименьшая видимая гла-
зом площадка, что в свою очередь зависит от яркости изо-
бражения и физиологической разрешающей силы зрения.
Целым рядом разнообразных опытов найдено, что разреша-
ющая сила зрения меняется в пределах от 0,6 до- 2 мин., в
зависимости от освещения поля зрения. Все отличие приве-
денных работ одной от другой заключается в подходе к
определению- этой разрешающей силы глаза в условиях ра-
боты, наиболее близких к действительным процессам даль-
новидения.
В результате оказалось, что основные экспериментально-
теоретические работы о- функциях глаза в известных пре-
делах вполне правильно освещают вопрос: разрешающая си-
ла зрения и в условиях работы дальновидения! определяется
теми же данными О',6—2х,0. На основании того, что разре-
шающая сила глаза колеблется в отношении % в зависимо-
сти от яркости изображения, в том же отношении колеблет-
ся, примерно, и предельное число* элементов, выше которого
не имеет смысла итти. Значения этих предельных цифр ко-
леблются от 75 до 300 тыс. элементов и редко доходят до
500 тыс. (при очень ярком изображении).
Так как практически достигнутое дальновидение опре-
деляется в 75 тыс. элементов при 240 строках, то опыты ве-
лись также и по допустимому снижению’ четкости с тем,
однако, что дальновидение не потеряло своего смысла; тогда
получилась самая нижняя граница,— это* 60 строк или
4 000 элементов. Промежуточные градации дадут и соответ-
ствующие результаты. Еще меньшая четкость 3 000 и 1 200
элементов имеет лишь условный характер, т. е. создает даль-
38
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
новидение настолько несовершенное, что оно может вызвать
лишь научный интерес, но не имеет эксплоатационного ха-
рактера как средство связи.
9. Основные оптические единицы
Во всем дальнейшем изложении нам многократно при-
дется прибегать к выражению» тех или иных оптических и
электрических величин и зависимостей между ними в виде
совместных формул или определений. Поэтому необходимо
заранее ознакомиться со всеми оптическими единицами и
их взаимоотношениями, а также выяснить общую почву, на
которой оптические и электрические явления могут считать-
ся эквивалентными.
Свет представляет собой вид энергии, ощущаемый на-
шим органом зрения. Эта энергия путем различных физи-
ческих преобразований может быть измерена так же, как
и всякая другая энергия, например механическая. Источни-
ком света может явиться какой-либо раскаленный предмет,
например вольтова дуга или лампа накаливания, или какое-
либо физическое явление, как например электрический раз-
ряд в газе, флуорэсценция некоторых веществ под влия-
нием удара в них электронов и т. п. Во' всех этих случаях
мы имеем испускание лучистой световой энергии. Обычно та-
кие источники дают расходящиеся во все стороны лучи све-
та, разносящие во все стороны определенные количества
энергии. В этом можно убедиться, поставив на пути пучка
световых лучей непрозрачный и совершенно черный экран.
Световая энергия, поглощ-енная таким экраном в течение
времени f, вызовет его нагревание, по которому мы можем
оценить количество этой энергии, выразив ее в эргах в се-
кунду, или в джаулях в секунду, или bi ваттах; при этом бу-
дет безразлично, какие именно лучи несут эту энергию на
экран, видимые или невидимые глазом*. Но, относя, таким
образом, выражение лучистой энергии в единицу времени,
мы выражаем ее поток. Два потока лучистой энергии, из-
меренные в подобных единицах, могут быть совершенно
равны и производить совершенно различное действие на
глаз. Таким путем мы можем сравнить поток инфракрасных
и видимых лучей, поток зеленого света и ультракоротких
радиоволн.
Визуальные измерения в чистой фотометрии из практи-
ческих соображений не сравниваются на показаниях, выра-
женных в единицах энергии, но имеют в своей основе про-
извольную единицу, так называемую «единицу силы света»,
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
39
которая комбинируется с геометрическими единицами и дает
ряд остальных единиц: освещенности, потока, яркости ис-
точника и яркости освещенных предметов («светимости»).
В дальнейшем, однако, не всегда можно ограничиться
только фотометрическими единицами, так как в дальнови-
дении прибором, регистрирующим свет, является не глаз, а
фотоэлемент, реагирующий совершенно иначе на цвет и си-
лу света, вследствие чего приходится’ прибегать иногда и к
абсолютным измерениям световой энергии.
Фотометрическая единица силы света есть международ-
ная свеча, являющаяся условной единицей, для которой со-
зданы эталоны в виде специальных источников света (эта-
лоны Виолля, Айвса и др.). Наравне с международной све-
чей в некоторых странах, в частности в Германии, приме-
няется единица силы света «свеча Гефнера», равная 0,9 меж-
дународной свечи. Для этой единицы имеются измерения
испускаемой ею световой энергии. Свеча Гефнера дает в
видимых лучах приблизительно 200 тыс. эргов/сек. Поверх-
ность в 1 кв. см на расстоянии 1 м получает от нее
1,6 эрга/сек. Единицей светового потока считается таковой
от источника, сила света которого равна одной свече в те-
лесном угле, равном одному стеррадиану. Представим себе,
что источник света в одну свечу совершенно равномерно
излучает свой свет во всех направлениях, и что этот источ-
ник света находится в центре сферы, радиус которой равен
1 (одному метру). Тогда поток Ф будет равен.
ф —1 /,
где 1—сила света источника в свечах. Если 1 = одной свече,
тоФ = 4 люменов; иначе говоря, один люмен есть свето-
вой поток, создаваемый одной свечей в телесном углё, рав-
ном —!— т. е. одному стеррадиану. В механических еди-
4к
ницах световой поток выражается в ваттах на стеррадиан.
Единица освещенности может быть определена двояко
по следующим двум определениям.
1. Если поток Ф люменов падает на поверхность S м2,
то освещенность выразится в люксах:
2. Если источник силой света в 1 свечей, находящийся
на перпендикуляре к плоскости экрана, освещает экран, по-
мещенный на расстоянии г, то освещенность Е — • Та-
40
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
кии образом : 1 люкс|=Л люмен на 1 кв. м освещенности,
производимой одной свечей на расстоянии 1 м. Кроме
люкса применяется еще другая единица, так называе-
мый «фот», представляющая освещенность, производимую
одной свечей на расстоянии 1 см, т. е. 10 тыс. раз большую,
чем 1 люкс.
Рис. 20. Вычисле-
ние соотношения
между 33 и Е
Таким образом мы имеем 1 фот =10 тыс.
Выражая фот через люмены на освещае-
мую поверхность, получаем 1 фот = лю-
мен на 1 кв. см. В Англии и Америке для
измерения освещенности применяется «фут-
свеча» («Foot-candle»), т. е. освещенность,
создаваемая одной свечей на расстоя-
нии английского фута (=0,3048 м). Поэто-
му мы можем написать, что фут-свеча =
— 10.7464 люкса. В механических едини-
цах 1 люкс создается энергией 1,6 эрг-сек.
и 1 «фот» 16 тыс. эрг~сек. В отношении
оценки источников света, имеющих неко-
торую поверхность, и освещенных пред-
метов, рассматриваемых как самостоятельные источники,
применяются еще единицы яркости этих источников, которые
оцениваются по яркости, считая количество свечей на еди-
ницу поверхности (1 кв. см) источника. Такая единица назы-
вается «стильб» (предложена Блонделем). Следовательно,
имеем 1 стильб = 1 свеч [кв. см источника. Идеально от-
ражающие поверхности имеют яркость, выраженную' в осо-
бых единицах в люменах на 1 кв. см, как это было предло-
жено американскими техниками, но что не получило приме-
нения в Европе. Эта единица называется «ламберт», и равна,
как уже говорилось, одному люмену с 1 кв. см поверхно-
сти предмета, при условии, конечно,полнотой совершенного
диффузионного отражения света. По отношению яркости,
выраженной в стильбах, 1 ламберт=—,стильба —— свеч/кв.
л тс
см. Если рассеивающая поверхность получает освещенность,
равную- 10 тыс. люкс, то ее отраженная яркость равна 1 лам-
‘ 1
берту или — стильба. Ввиду того, что величина 1 ламберта
к
во многих случаях очень велика, то на практике применяют
единицы, равные Viooo ламберта или миллиламберты, соз-
даваемые освещенностями в 10 люкс.
Соотношение между падающим световым потоком и от-
раженным от диффузно-рассеивающей поверхности вычис-
ляется следующим образом. Пусть некоторая площадка S
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
41
(рис. 20) попускает световой поток во всех направлениях-
Нормаль к этой площадке SN образует угол 0 по отноше-
нию элементарного луча SX.
В направлении SX площадка 8 ведет себя, по закону
Ламберта, как некий источник силы света 1 = % 8 cos 9,
где ф — яркость источника света площадки 8. Приращение
телесного угла d® между конусами, образуемыми линией
а
под углом 6 и 9-]-^9, определится как—, где о — поверх-
R2,
ность шарового пояса дуги d9, a R — радиус сферы, имею
щей центром площадку S. Поверхность пояса с = 2л/ч/9
где r = /?sin9. Поэтому имеем *
dco—
2^rd9
2л sin 6d9
% 2л sin S • d6,
так как вообще если мы рассчитываем единицу све"
тового потока. Приращение потока, проходящего через
поверхность этого шарового пояса а, будет
d& = Ida) = 2лдз sin 6 cos9 d9
Интегрируя в пределах от 0 до —, получим полный поток,
2
испускаемый в верхнюю полусферу:
л
v
Ф — J sin 29d9 = л®8.
о
Разделив Ф на S, получим яркость площадки S ди
фузно-рассеивающей
л • Такая диффузно-излучаю-
щая площадка получится при освещении ее каким-либо
самостоятельным источником света, при этом она,получает
поток Фх!=Е. S. Так как она ничего не поглощает, то она
испускает тот же поток Фр и ее отраженная яркость б
ф
дет —- = Е, равна ее освещенности. Тогда имеем iw=E,
т. е., яркость совершенно рассеивающей по-
42
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ I
верхности получается от деления ее освещенности на тс.
Ввиду того, что единица яркости (стильб) относится к 1 кв. см,
а простая единица освещенности L (люкс) относится к кв. м,
то яркость экрана вычисляется делением Е • 10~4 на тс., т. е.
_ Е • 10-<
ЗВстильб -
К
Чтобы дать более реальное понятие о фотометрических
единицах, приведем несколько общежитейских примеров тех
величин освещенностей и яркостей различных источников,
с которыми часто приходится встречаться.
10. Примеры численных значений фотометрических
величин (по Фабри).
1. Освещенность комнаты не менее 20 люкс,
„ при солнце ярким летним днем не менее 100 тыс. люкс
„ ночью при полной луне 0,2 люкса
„ ночью без луны (горизонтальная поверхность) около
1/зооо ЛЮКС.
£. Яркость отраженного света от белой рассеивающей поверхности, осве-
Е Е
щенной Е люксами, будет — на кв. м или —свеч/кв. см.
л 31400
Вычисленная, таким образом, яркость бумаги при письменной работе
около 0,001 стильба; та же бумага на открытом воздухе несолнечным
днем около 0,01 стильба, солнечным днем, но в тени около 0,1 стильба.
Совершенно белая поверхность на ярком солнце имеет максимум
3 стильба, например белая дорога; та же дорога ночью имеет яркость
при луне 6 • 10~6 стильба и темной ночью (без звезд) 10~8 стильба.
Наименьшая яркость, видимая глазом на черном фоне 10—10 стильба.
3. Яркость источников света.
Пламя свечи.....................
„ ацетилена ............
Ауэровский колпачок . .
Нить полуваттной лампы . . .
Точечная лампа ...........
t Кратер дуги.............. .
Поверхность солнца........
„ луны............
„ темного неба • .
Если источник света удален настолько, что его диаметр
ре заметен, то его вид характеризуется величиной — , где
г2
0,5 стильба
1000 „
2 000
15 000
200 000 „
0,07 „
10-8 ..
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
43
ф —его яркость, а г — удаление от глаза. Эта величина
Л является освещенностью, которую он производит на
г3
экране, затемняющем зрачок глаза наблюдателя. Таким об-
разом, ночью можно различать светящиеся точки, которые
производят совершенно незаметное освещение. Например,
звезда ’первой величины производит освещенность около
10_в люкса, т. е то же, что* свеча на расстоянии 1 км. Звез-
да шестой величины создает всего 10”8 люкс.
С точки зрения энергетической глаз реагирует на ми-
нимум лучистой энергии, равной 1 360 • 10"~12 эрг1сек.
ЧАСТЬ II
УСТРОЙСТВО И ОПТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТНОСТЬ
МЕХАНИЗМОВ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
«
7. Развитие систем механического разложении
изображения
Как уже указывалось, разработка механизмов, при по-
мощи которых1 можно1 было бы осуществить разложение изо-
бражения, началось с проекта с мозаичным экраном, за ко-
торым последовал еще целый ряд предложений, в большин-
стве случаев никогда не реализованных. Такая судьба по-
стигла даже те предложения, которые впоследствии вполне
удовлетворительно работали, причем причиной неуспеха в
основном было не недостаточно проработанная идея изо-
бретателей, а лишь то, что по своей природе фотоэффект
является таким слабым электрическим генератором, что ис-
пользование вырабатываемых им токов стало возможно толь-
ко после широкого развития электронных усилителей. В
настоящий момент механические системы дальновиде-
ния имеют лишь второстепенное значение и не могут' кон-
курировать с электроннолучевыми приборами, но роль по-
добных механизмов остается еще значительной в некоторых
специальных случаях, например, для получения изображения
на большом экране или в1 применении к передаче элемен-
тарных сигналов, как показания измерительных приборов,
а также для передачи кинофильмов.
В предыдущих главах были разобраны те основные и
предельные требования, которым должна удовлетворять вся-
кая система разложения изображения в смысле получения
достаточной четкости рисунка, т. е. в* отношении числа эле-
ментов изображения. При этом оказалось, что оно сводится
к получению' разложения в широком диапазоне четкости от
1 200 до 500’тыс. элементов или от 30 до < 600 строк, и кроме
того, от 12% до 25 полных изображений в секунду. Простой
Ж МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ 45
Ж арифметический подсчет показывает, что с точки зрения
В выполнимости механической конструкции система должна
Ж быть устроена так, чтобы ее основная вращающаяся часть
Ж давала разложение, по- крайней мере, половины или целого
I? изображения за один оборот механизма, так как даже в этом
< случае, такая часть механизма должна совершать от 25 до
50 об/сек., или до 3 000 об/мин. Хотя получение подобной
скорости вращения и не представляет особых затруднений,
но при условии значительных моментов инерции систем и
безусловно точного поддержания числа оборотов, большие
скорости вращения являются почти непреодолимыми тех-
ническим трудностями. Отсюда сразу мы можем сделать вы-
вод, что всякий механизм, в котором наиболее быстро вра-
щающаяся часть осуществляет разложение не целого изо-
бражения, а только одной строчки, несомненно, весьма труд-
но осуществим, так как такая система должна совершить от
375 и выше об/сек. Поэтому, первое и основное требование
к механизму прибора дальновидения, это разложение цело-
го изображения, или, по крайней мере, его половины за один
оборот механизма.
В большинстве механизмов роль одного элемента изо-
бражения играет какое-либо отверстие в непрозрачном экра-
не, которое само' перемещается по оптическому изображе-
нию, или изображение перемещается по неподвижному от-
верстию. Создание элемента изображения, как пересечения
двух щелей в двух непрозрачных экранах не является удоб-
ным вследствие того, что' два таких экрана в форме дисков
или колеблющихся пластинок могут совершать свои быст-
рые движения только на определенном расстоянии один от
другого. Ввиду того что лучи изображения сходятся только
в одной плоскости, происходят неизбежные потери света
вследствие диафрагмирования одной пластинки другой. Кро-
ме того, значительно труднее обеспечить равномерное дви-
жение двух совместных систем, чем одной, и малейшие рас-
хождения в этих движениях изменяют форму и площадь от-
верстия элемента и правильность его движения. Таким об-
разом можно заключить, что всякие виды приборов, состоя-
щие из двух дисков с радиальными или криволинейными
.дрелями в них, или из двух колеблющихся пластинок с про-
^^езами, или из двух цилиндров с щелями, вращающихся
"#ин в другом, представляют технически неудобные кон-
^трукции. Это, однако, совершенно не относится к механиз-
когда второй диск или цилиндр является только экра-
с большими диафрагмами, предназначенными лишь для
дайкрытия и открытия половины или трети всего изображе-
46
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
ния, а действительное разложение изображения производит-
ся диском с отверстиями. Системы этого рода применяются
при многоспиральных дисках и весьма целесообразны при
большом числе строк.
Как уже ’указывалось, принятый в наше время стандарт
направления разложения изображения состоит в обегании
изображения элементом от левой руки к правой по парал-
лельно смещающимся линиям сверху вниз (как строчки в
книге). Движение отверстия по изображению совершается
только слева направо, и затем начинается следующая стро-
ка. Такой способ разложения оказался наиболее удобным по
целому ряду соображений, хотя не раз предлагались и иные
формы направления движения, например, синусоидальное.
В основном преимущество прерывистого разложения заклю-
чается в полной идентичности движения элемента по каж-
дой строчке, что очень важно для ясности установления
синхронизма и фазы движений передающего и приемного ме-
ханизма. При прерывистой форме разложения синтез
изображения всетаки произойдет правильно, даже если
разложение изображений на приеме и передаче не нахо-
дится в фазном совпадении, но изображение начнется не с
первой строки, а сразу с какой-то иной, до которой прием
и синтез не получался. В синусоидальном пути движения
элемента необходимо еще попасть в направление начала и
конца строк, что значительно труднее, и до этого момента
никакого изображения не получится. Это же соображение
заставило отказаться и от других приемов разложения, на-
пример попеременно крестообразного, хотя по некоторым
другим обстоятельствам такая система могла бы оказаться
полезной. В специальных случаях (шифрование передачи)
такая развертка весьма целесообразна, но применяется она
очень редко.
Форма элемента изображения (отверстие) играет сущест-
венную роль, и об этом будет сказано подробно при опти-
ческом анализе диска Нипкова. Только немногие из проек-
тов дальновидения, созданные до начала серьезных и си-
стематических работ в этой области, удовлетворяют указан-
ным нами основным требованиям, не говоря уже об оптиче-
ской эффективности, которая ,и до сих пор чрезвычайно ма-
ла. Поэтому современная практика выбрала из них только
следующие приборы: 1) диск Нипкова с его видоизмене-
ниями, 2) зеркальный барабан Вейлера и 3) мозаичную па-
нель фотоэлементов. Этот последний способ применяется в
модернизованном варианте, именно с коммутацией его ка-
тодным лучом; в том же виде, в каком он предлагался его
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
47
изобретателем Сенлек (Senleque), с механическим коммутато-
ром, он не мог быть использован; однако, основная иде^
Осталась та же. Более новые механизмы проектировались
уже с значительно* большим знанием дела и практически
они вполне осуществимы. Такими приборами являются
1) линзовые диски, 2) призменные диски Дженкинса, 3) зер-
. кально-призмовые системы. I. М. L, 4) цилиндры с отвер-
стиями, 5) осциллографические механизмы и 6) зеркальный
винт.
2. Диск Нипкова
Патент на диск Нипкова относится к 1884 г. {Герман-
ский патент № 30105—6 января 1884 г.—П. Нип-
ко*в— Р. NlpKow) и может служить исключительным
примером, когда техническое изобретение, сделанное
почти полстолетия назад, нашло практическое осуществле-
ние только после целого ряда новых открытий в науке.
Диск Нипкова представляет собой плоский металли-
Рис. 21- Диск Нипкова
Рис. 22. Диск Нипкова (пара-
метры изображения и взаимо-
отношения)
ческйй или деревянный круг, в котором1 просверлены
или пробиты отверстия на радиусах, расположенных под
равными углами так, что все отверстия последовательно сме-
Щаются к центру на длину, равную диаметру отверстия,
Уравнение кривой, по которой располагаются таким обра-
золе отверстия, приближается к уравнению логарифмичес-
кий спирали р = ей® или Igp = Zz9. Длина дуги любой части
такой кривой, вычисленная по обычной формуле выпрям-
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
ления кривых $ —
de
и, следовательно, уменьшается при уменьшении р, так, что
для соблюдения точности одного и того же числа элементов
в каждой строке следовало бы делать отверстия более сжа-
тыми по каждой строчке. Но ввиду того, что обычно прира-
щение р в конце изображения, незначительно, т. е. диски бе-
рутся достаточно большого диаметра, эти отверстия дела-
ются одинаковых размеров. Уравнение; спирали, на которой
располагаются отверстия, можно написать так:
= (рис. 22)
2 к
Rw—радиус спирали данного отверстия, /?г —наименьший
радиус первого отверстия, а —угол между первым и дан-
ным отверстием. На диске располагается только один виток
спирали, и изображение ограничивается пространством час-
ти сектора между концами спирали и радиусами, проведен-
ными в эти точки. При вращении такого диска каждое от-
верстие пробегает одну строку, так что число строк, на ко-
торое может быть разложено изображение, равно числу от-
верстий в диске. Если отверстия, как это предположено, все
одинаковые и имеют форму квадрата, то число элементов
на одной строке будет зависеть от диаметра диска D и числа
отверстий. Периметр средней окружности (проходящей
через середину изображения) равен В • zy где В — длина
строки, и в то же время Bz = ~ Ь. Откуда имеем, что
D — есть средний диаметр диска, к которому надо
добавить еще на внешнюю часть изображения и край круга,
оставляемый для удобства изготовления и механической
прочности. Таким образом полный диаметр круга будет
Рвр<=£)-|- Н —0,05ZX Задаваясь размерами изображения
НХВ, можно рассчитать диаметр диска, необходимый для
разложения его на элементы, при данном числе строк z.
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Число элементов изображения равно п —
49
‘При этом
могут быть следующие три случая:
1) В=Н— квадратное изображение П] = г2;
В ,
2) В<Н — вертикальный прямоугольникn2——z‘<_nj
И
3) В^>Н — горизонтальный прямоугольник
— самое выгодное расположение.
Отношение В)Н принято' то же,
равно 4/3.
что и в кинокадрах, и
Рис. 24. Стандарт Берда
Рис. 23. Линейные размеры стандарт-
ного изображения
В действительности изображение всегда представляется
в виде сектора и только условно может быть приравнено к
одному из упомянутых определений прямоугольного изоб-
ражения и будет совпадать по числу элементов с таковым
полученным на диске, если за величину В взять длину сред-
ней строки на высоте Н/2; высотой Н остается попрежнему
разность начального и конечного радиусов спирали.
В зависимости от того, в каком направлении соверша-
с ется перемещение элементарного отверстия по строке, в
j вертикальном или горизонтальном, вся развертка называет-
Ж ся •«горизонтальной» или «вертикальной». В начале экспло-
® атации дальновидения этому направлению приписывалось
Л; большое значение, и считалось, что для передачи живых об’-
Др. ектов выгоднее вертикальная развертка, а для передачи ки-
ДВЬ-но— горизонтальная (вопрос этот был подробно изучен
ЯЬ д-ром Шретером).
Основы дальновидения
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
Общепринятый стандарт соотношения сторон изобра-
жения на диске Нипкова В/Н — 4/а был принят в большин-
стве лабораторий Европы, кроме лаборатории Берда в Анг-
лии, который и после развития дальновидения в Германии,
Франции и СССР оставался на своем стандарте 7/3 при вер-
тикальной разверстке. Это было сделано потому, что такое
соотношение) сторон дало 2 100 элементов, а не 1 200, как это
получается при В/Н = 4/3. Линейные размеры (в мм) кад-
ров Берда и стандартного показаны на рис. 23 и 24. По
этим данным построены все наиболее известные приемные
устройства с диском Нипкова.
Рис. 25. Прием изображений с диском Нипкова
Диск Нипкова может быть применен как в приемном,
так и в передающем устройстве и для выяснения его опти-
ческих свойств необходимо вычислить, какое количество
света может (пройти через отверстие при наличии линзы или
об’ектива, создающего на нем изображение. Если оптической
системы нет совсем или перед диском находится простая
лупа {рис. 25), которая не дает действительного изображе-
ния, как это делается в большинстве простых приемных те-
левизоров, то диск Нипкова играет роль простой подвижной
диафрагмы {отверстия), которая выпускает каждый данный
момент только 1/п (одну энную) часть светового потока, и
этот поток распределяется на всю поверхность изображе-
ния. По закону Тальбота видимая яркость источника света,
помещенная за диском, упадет в п раз. Поэтому, если за
диском поставить плоскоэлектродную неоновую лампу, яр-
кость которой равна 0,05 свечам2 (стильба), и диск имеет
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
51
Ж.
30 отверстий, образующих изображение с соотношением
В : Н — 4 :3, т. е. с 1200 элементами, то мы увидим поверх-
0,05 стильб
ность с яркостью —--------;— или освещенностью
1200
F » 1П4 5 10-в-З 10‘ ,о,
Е =. ® • it • 104 =----------= 1,25 люкса.
Если поставить, кроме того, перед диском лупу, которая
увеличит размеры сторон изображения, скажем, еще в 1,4
раза, то видимая площадь увеличится в два раза при том же
количестве .света, которое падало на него и раньше, и осве-
щенность изображения станет уже 0,625 люкса, хотя оно и
будет несколько больше. Количество света, которое прохо-
дит сквозь отверстие, пропорционально его площади, по-
этому во многих случаях целесообразно делать его возмож-
но большим. Посмотрим, каковы будут размеры диска
(средний диаметр его) при разном числе строк. Для этого
выразим средний диаметр диска так:
4 4
Bz -= qz2
D =------= -------~ —-------= 0,425<?z»
та те та
q — длина стороны квадратика отверстия и г — число отвер-
стий в диске.
ТАБЛИЦА 3
D мм
0,25 ММ
0 = 0,1 мм
при 0 = 0,5 мм
30 190 мм 95 мм 37 мм
60 760 Я 380 и 152 •
120 3 030 я 1500 я 606 я
240 12 000 . (1) 6 000 1490 я
j
Если принять во внимание, что модулированные источ-
ники света, необходимые для дальновидения, обладают не-
, большой яркостью, то сразу можно сделать вывод, что диск
Нипкова подходит только для небольшого (30—60) числа
^'Отверстий как приемное устройство, если не считать, что
Шдля него могут быть допущены нелепые размеры в несколь-
ко метров. С отверстиями в 0,1 мм диск может быть изго-
товлен даже на 120 отверстий и имеет всего около 70 см дм-
, вметром. Но на приеме такие малые отверстия недопустим
Й»
£1
52
>
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
мы, так как нет таких ярких источников света, которые
можно было бы (применить в этом случае. Поэтому и воз-
рождение диска Нипкова имело лишь временный1 характер,
как это и выяснилось; в 1934 г. В современном .состоянии
дальновидения диск Нипкова играет роль только на пере-
даче, так как для приема изображений с большим числом
строк имеются уже значительно более удобные устройства.
Для использования диска на передаче надо знать световой
поток через одно отверстие при наличии оптических систем,
дающих действительное изображение предмета на самом
диске. В этой схеме диск применяется
щенных об‘ектов (так называемая
«система прямого видения»), иногда
для передачи кинопленок, проекти-
руемых на диск в соответствующем
масштабе (рис. 26).
для передачи осве-
Рис. 27. Диск Нипкова с
несколькими спиралями
Рис. 26. Оптическая система пере-
датчика прямого видения
Предположим, что освещенный предмет Р проектиру-
ется на диск оптической системой, которой может быть
простая линза или об’ектив. Пусть диаметр об’ектива есть
d
d, и f его главное фокусное расстояние. Величина -- назы-
вается «относительным отверстием» об’ектива и характери-
зует его свойства в отношении количества света на изобра-
жении. Предположим еще, что изображение предмета Р пол-
ностью покрывает весь кадр развертки на диске, т. е. его
площадь равна НХВ. Расстояние от об’ектива до предмета
назовем а и угол и, под которым радиус об’ектива виден из
точки пересечения оптической оси с поверхностью Р. Для
малых углов телесный угол со, опирающийся на поверх-
ность об’ектива из центра Р, будет приблизительно равен
№ о г^г
® = —= и. Предполагаем, что излучение с поверх-
ности Р удовлетворяет закону Ламберта.
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ 53
Элементарный поток света, попадающий на об’ектив
и затем в отверстие диска, равен
ДФ = u sin2 п • зз • AF
® — есть яркость предмета, выраженная в стильбах, AF —
элементарная площадка на поверхности предмета, умень-
шенное изображение которой как раз равно поверхности
одного элемента. Предположим, что отверстия на диске
квадратные, и число их равно z. Тогда поверхность отвер-
/ Н \2
стия (элемента) равна -—). Поверхность, которую за-
\ 2 /
кроет такая площадка на предмете, если ее спроектировать
тем же об’ективом с фокусным расстоянием f на расстояние
а, будет
AF =
или, если a^f,
AF =
а \2
Введем это выражение в формулу потока; будем
иметь
ДФ = 93 • те sin2 и
а \2 / На sin u\2
— =те® ----------
d
но a sin и=— = радиусу отверстия об'ектива
д_ ( Н • d \2 ( Н у / d \2
ДФ = те® —------ = те® |----] I — I = те®
\ 2zf } \ 2z J \f /
d
----есть относительное отверстие об'ектива, которое на-
L2 Lum.
зовем L. Преобразуем эту формулу, введя в нее полное
число элементов разложения изображения. Число элементов
а
В 9 D Z р. Z Z п
п — — z2 — Bz • — — пи------: — =-------
nD
ж Г\
тогда по-
п
?. Подставим в формулу для ДФ, вместо
Жлучим
теР\2 Я/Р\2/
--- L2 = ® те» | — 1 .
2п ) \2 / \
'.— выражается в см; ® — в свечах на см*.
А
ДФ
—) Lum
п 7
*
54
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
Обычно освещенные предметы, с коэфициентом отраже-
ния К меньше единицы, характеризуются не их яркостью
но их освещенностью Е в люксах, между которыми имеется
КЕ
зависимость 8=-------10~4.
л
Тогда выведенные формулы принимают вид.*
ДФ=КЕлюже. • (—Y • Ls 10-“ Lum
\ 2z J
(-ттП\2 / I \2
— ) • I—| • 10~4 Lum
2 / I nJ
Для примера рассчитаем поток через отверстия диска
£) —40 см, при 1200 элементах разложения, К = 0,5; L = 0,5
и Е — 10000 люкс. Получаем:
(Ч 14 • 40 \2 / О 5 \2
Ю“4 — 3,47 • 10-4 Lum
2 / \1200 /
При этом не учитывалось поглощение света в линзах. В за-
висимости от числа стекол в об’ективе вычисленный здесь
поток должен быть помножен на коэфициент, взятый из
таблицы 2 на стр. 35.
Формула для потока А Ф выявляет следующее. Коли-
чество света, проходящее сквозь отверстие диска Нипкова
и попадающее на фотоэлемент, прямо пропорционально осве-
щенности 'предмета и квадрату относительного отверстия
об’ектива, квадрату диаметра диска и обратно пропорци-
онально квадрату числа элементов или числа строк. Поэтому
опять приходится притти к заключению о чрезвычайной
невыгодности простого диска Нипкова для высококачест-
венного дальновидения.
Повышение числа элементов без увеличения размеров
диска осуществляется при помощи нескольких спиралей
отверстий {рис. 27), каждая из которых производит разло-
жение только части изображения. При этом число отверстий
в каждой спирали берется меньшее, чем было бы взято в ор-
динарной для получения обычного разложения, допустимо-
го для данных размеров диска и кадра вследствие того,
что простое увеличение витков спирали создает невыгодное
соотношение между шириной и высотой изображения.
Если сохраняется площадь кадра на диске, то число элемен-
тов может быть увеличено в следующем соотношении. При
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
55
одной спирали мы имели r^ — z^—; при т— спиралях
Н
площадь делится на т частей и будет иметь 1/zn части кадра
—=г12—; пт — (тг^ —
т Нт Н
Таким образом увеличение числа элементов будет
/ z, • т \2
Лт^Пх —----1
\ 2 /
Для примера посмотрим, какое увеличение числа элементов
даст переход с односпирального диска с 60 отверстиями к
двухспиральному по 45 отверстий в каждом? В первом слу-
J5 4 4
чае мы имеем, при — = —, = 3600 * — = 4800элементов,
Н 3
/ 45* 2
во втором Иц ~ 4800 / -
? • .
этом поверхность одного
шение между площадями
ром случаях выразится
. —10800 элементов. При
60 )
элемента уменьшится, и соотно-
а элементов в первом и во вто-
2
В нашем примере получим
3600 „
а, — а, •----- = 0,45а., т. е.
8100
немного более половины светового потока теряется за счет
увеличения числа элементов.
В том случае, если необходимо увеличить не число эле-
ментов, а световой поток, -проходящий через одно отверс-
тие, многоспиральный диск*также оказывается выгодным,
что может быть получено за счет увеличения поверхности
кадра без увеличения размеров диска. На периметре u D
средней окружности диска тогда располагается не z В, а
z
величина — В. Вычисляя ДФ имеем в этом случае вместо
т
( Н \г ficDX2
— I L2, ДФ = т2я$ I — ) La
2z J \2п J
/ £)\2 I £ \2
или ДФ« — /п2п8 © I — I I—I люменов, т. е. в т2 раз боль-
\ 2 / \ п I
ше. Наличие нескольких спиралей отверстий для разложе-
ния изображения требует еще дополнительного механизма
ОСНОВЫ* ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
ь
56
в форме второго диска с прорезами или окнами для закры-
тия той части кадра, в которой не должно происходить раз-
ложения изображения (рис. 28). Эти прорезы имеют такую
форму, чтобы! рабочее отверстие данной спирали не за-
крывалось при прохождении кадра и в то же время
только одно отверстие во всякий данный момент находи-
лось в поле изображения, иначе сигналы от двух различных
частей его будут смешаны. Оба диска с отверстиями по спи-
рали и с диафрагмами ’могут быть концентричны, но дол-
гие. 28. Многоспиральный
дикс со световым коммута-
тором
Рис. 29. Применение многоспираль-
ного диска с цилиндром со щелями
жны вращаться с различной скоростью. Диск, имеющий т
спиралей, должен делать в т раз больше оборотов, чем
обычный односпиральный диск (т. е. mN оборот, в секунду);
диск с т1 диафрагмами должен вращаться в тг раз медлен-
нее. Конструктивно подобная система выполняется, насажи-
вая диск с диафрагмами на трубчатую ось, внутри которой
проходит ось основного диска с отверстиями. Обе оси сцеп-
ляются промежуточными зубчатыми колесами с соответст-
вующей редукцией оборотов. Вместо диска с диафрагма-
ми А. Каролус применил цилиндр со щелями, вращающийся
на оси, перпендикулярной оси диска (рис. 29). Во многих
случаях удобнее помещать щелевой диск на эксцентричной
оси, причем возможно приведение его в действие при помо-
щи цепной передачи (ЦРЛ). Вместо диска с прорезами мож-
но также применять гибкую ленту с подобными же отверс-
тиями (рис. 30) и подобные им приспособления.
Изготовление дисков Нипкова требует большой точно-
сти работы, так как смещение отверстий как в радиаль-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
57
иых, так и в угловом направлениях вызывает существенные
искажения в образовании изображения. Укорочение или
удлинение строк создает неправильность контуров рисун-
ка, а неправильные перемещения по радиусам — появле-
ние черных и светлых полос на освещенном кадре. Ввиду
малого количества света, проходящего сквозь диск Нипко-
ва, особенно при применении его как приемного устройст-
ва, в некоторых конструкциях допускаются более крупные
отверстия, чем это полагалось бы делать обычно. Тогда
каждая строка несколько, перекрывается следующей, и узкая
Рис. 30. Многоспираль-
ный диск с коммутацией
лентой
Рис. 31. Диск Санабриа
полоска их перекрытия кажется более яркой, чем основной
фон строки.
При обычном чередовании строк (1-я, 2-я, 3-я и т. д.)
такое явление оказалось не особенно желательным, но если
размещение отверстий распределить иначе, то результат
оказывается весьма благоприятным, и изображение пере-
дается с большим числом деталей (иллюзорно), чем это
должно бы быть при данном числе строк. По опытам Са-
набрия (Sanabria) в Америке детальность изображения вы-
игрывает почти на 30% по сравнению с обычными дисками
Нипкова. Санабрия применяет диск, имеющий 45 отверстий
(рис. 31), расположенный тремя спиралями в следующем че-
редовании:
1=1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, 40, 43;
П=2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35 38, 41, 44;
111=3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39,42 и 45,
58
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
Это означает что разложение изображения начинается
с первой строки, затем идет четвертая, седьмая и т. д. до
43; затем опять начинается со второй, за ней пятая, восьмая
и т. д. и, наконец, третья, шестая и т. д. Изображение как
бы передается грубым растром три
раза, со смещением его на один эле-
мент последовательно. В этом случае
перекрышка отверстий оказывается
благоприятным фактором, так как
строки, которые могут перекрыть
друг друга, сдвинуты во время их
появления на */, кадра и впечатление
светлых полос не сохраняется в гла-
зу, при наличии же большого коли-
Рис. 32. Диск Худека
чества света изображение кажется более детальным. Такой
прием, являющийся чисто оптической иллюзией, справед-
лив только для сравнительно грубого дальновидения 30—45
отверстий. При высококачественном изображении такая
система преимуществ не дает ввиду очень малого размера
элементов, а наоборот, требуется исключительная точ-
у
И МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ 59
р ЗчЛНп г/‘
:,Л «.ЫиИЙУ •
Жиреть в изготовлении дисков (90, 120 и 180 отверстий). Ра-
ЯИота диска, имеющего отверстия с перекрышкой, была
эдийучена теоретически д-ром Е. Худеком (Е. Hudec), который,
же» как и 'Санабриа, пришел к выводу, что допустима
^весьма грубая перекрышка отверстии (до 65%), но только в
различных их группах. В системе Худека (рис. 32), отвер-
Жстия каждой группы чередуются в обычном порядке (1,2,3...
й|з0), но каждое отверстие предыдущей группы перекрывает-
' ся по следующей на 65% и детальность изображения выиг-
рывается, так как даже части, меньшие одного элемента,
передаются различными оттенками и кажутся видимыми. Как
уже сказано, это чисто оптическое, иллюзорное явление мо-
жет быть отнесено к разряду психотехнических факторов
наблюдения ранее известных предметов.
При перекрышке строк в пределах нормально допусти-
мых 10% существенную роль играет форма отверстия. На
прилагаемой диаграмме (рис. 33) показана световая ха-
рактеристика (перекрытия отверстий различной формы. Как
видно из этой характеристики, наиболее ровный фон дают
? треугольные отверстия, перекрывающие друг друга на 50%.
? Но, к сожалению, этот вид геометрической фигуры оказы-
вается наименее выгодным по площади при одинаковом
основании. Поэтому в большинстве случаев отверстия де-
лаются квадратными или, реже, шестиугольными, и применя-
ются все меры к их 'взаимному точному резмещению.
Более подробный анализ влияния формы отверстия на
качество изображения был произведен в ЛЭФИ, работы ко-
i торого привели к выводу, что отверстия должны быть пря-
= моугольной формы с расположением большей стороны пря-
моугольника перпендикулярно строке. Вывод этот основы-
вается на анализе выражения для силы тока в фотоэлементе,
освещенном сквозь диск при прохождении отверстием малой
части изображения переменной яркости. Однако количество
света при этом уменьшается пропорционально уменьшению
площади элемента. Берд в Англии' еще задолго до ЛЭФИ
патентовал диск с прямоугольными отверстиями как по
( всему периметру, так и по концам его. Эта последняя форма
выполнения вызывается желанием получить хотя и более
грубое, но более яркое и большей площади изображения по
краям, где детальность менее интересна. Подобный прием,
именуемый иногда «растром переменной четкости», может
быть получен и чисто оптическим путем, при помощи спе-
циальных об’ективов с сильным астигматизмом.
Остается еще упомянуть о специальной форме дисков
с отверстиями, применяемых для кинопередатчиков. В этом
60
>
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
случае он еще более упрощается, так как отверстия распо-
лагаются не по спирали, а по окружности ввиду того, что
разложение по строчкам совершается движением просто
самой киноленты, идущей непрерывно и равномерно. При
этом число строк разложения изображения может быть не
Рис. 34. Влияние размеров изображения
на расположение неоновой лампы
равно числу отверстий в диске, так
как необходимо только, чтобы дви-
жение проекции отверстия диска
по кинопленке совершалось за вре-
1
мя -jT-, где /V — число кадров в
секунду, a z— предполагаемое чи-
сло строк. Периметр окружности
с отверстиями tzD — zx . В (z,—
число отверстий) может не рав-
няться z-B,(B—ширина пленки).
Тогда соотношение скоростей вра-
щения диска при N об/сек. и z—от-
верстиях обычно будет равно от-
ношению z/Zj. Иначе говоря, диск
।
при zx= — z должен вращать-
Рис. 33. Диаграмма пере-
крышек
ся в два раза скорее, при zx —
в три раза и т. д. Но обыкновен-
но пользуются Z = Zj, и только в
редких случаях z1 = 1/2z. При боль-
шом числе отверстий и малых их размерах, например, при z,
равном 120, q выразится в 0,1 м.
Кривизна пути отверстия имеет существенное значение,
так как в применении для! приема устройства, в котором
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
61
элемент изображения идет по прямой линии (например, в
катодном телевизоре), изображение будет иметь вид вы-
прямленной проекции кругового сектора, что приведет к
уменьшению четкости. Поэтому, несмотря на возможности
механических упрощений в устройстве диска для киноплен-
ки, все-таки надлежит его делать столь больших размеров,
чтобы расстояние между хордой и дугой пути между двумя
отверстиями было меньше стороны отверстия. Стрела про-
гиба хорды окружности выражается через й=г[1
где г — радиус окружности, а — угол центрального
2к ,.
сектора, т. е. --; поэтому для подсчетов формула при-
’ яимает вид. й —
— cos — I; D — средний диаметр спи-
рали отверстий на диске. Для £> = 40 см; Z=30, имеем
й = 200 (1 - cos 6 ) —200 • 0,0054 = 1,8 мм что несколько
велико, но все же допускается по конструктивным сообра-
жениям. При большем числе отверстий, например при Z=
=120 и D=700 мм, имеем h=350 (1—Cos 1,5°)=350 • 0,343 •
• 10“3= 0,12 мм, поставленное условие соблюдается пол-
ностью, и при любых условиях приема изображение совер-
шенно не будет искажено.
При применении диска Нипкова для приема не раз под-
нимался вопрос об увеличении яркости изображения, полу-
чаемого на нем за счет различных оптических приспособле-
ний, помещаемых как между диском и наблюдателем, так
и между диском и модулированным источником света. Для
диска таким наиболее удобным источником' является плоско-
электродная лампа тлеющего разряда, поверхность кото-
рой рассматривается сквозь диск и является естественным
маленьким экраном, на котором -появляется изображение.
С целью поднятия яркости этого изображения было обра-
щено прежде всего внимание на возможность приблизить
электроды лампы к диску непосредственно. Однако такое
устройство совершенно не достигает цели, так как яркость
источника не зависит от расстояния до глаза, и единствен-
но, что давала такая конструкция, это возможность умень-
шить размеры электродов лампы! {рис. 34). При увеличении
расстояния между диском и лампой ее поверхность, видимая
через отверстия, увеличивается, а световой поток на единицу
62
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
Рис. 35. Диск с безэлектродными
лампочками
поверхности остается тем же, так что увеличения или умень-
шения яркости нет. Д. Ф. Михали предложил помещать в
каждую дырочку стеклянный шарик или маленькую выпу-
клую линзочку, чтобы увеличить угол, под которым свет
попадает в отверстие, но это также не дает увеличения яр-
кости, так как свет, входя под большим утлом, под таким
же углом и расходится из отверстия диска, что дает только
возможность наблюдать изо-
бражение под большим уг-
лом. Наиболее рациональ-
ной явилась бы конструк-
ция, в которой перед каж-
дой дырочкой была бы по-
мещена отдельная малень-
кая неоновая лампочка, со-
единенная с ламелью спе-
циального коммутатора на
оси диска. Но оказалось,
что в малых неоновых лам-
пах очень трудно избавить-
ся от вредного влияния ком-
мутации и получить одно-
родную яркость, что лиши-
ло и эту систему практи-
ческого значения. Вместо
такой коммутации в пос-
леднее время предложено
помещение перед отверстием безэлектродной лампы, которая
светится в поле высокой частоты катушки, помещенной пе-
ред рамкой изображения с противоположной от наблюдателя
стороны (рис. 35). Такие безэлектродные лампы представля-
ют собой полые кварцевые шарики, наполненные парами рту-
ти или благородными газами. Свечение газа происходит за
счет ионизиции в модулированном поле высокой частоты и
может давать весьма большие яркости (до 1000 стильбов).
Ввиду того, что в этом случае нет никакой коммутации,
каждая лампочка работает без дополнительных помех, и
результаты получаются весьма удовлетворительные.
Изготовление дисков Нипкова требует большой точно-
сти, особенно при большом числе отверстий и малых их
размерах. Для разметки отверстий предлагались различные
механические приспособления, из которых одно из наибо-
лее точных предложено т. Рогуновым в ЦРЛ. Во избежание
диафрагмирования отверстия каналом дырочки в толще ди-
ска, каждое отверстие раззенковывается с той стороны, в
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ
ИЗОБРАЖЕНИЯ
это нужно для развертки, и за-
алюминйевой фольги, в которой
прокалывались специальным штифтом отверстия,
конструкция удобна для корректировки поло-
элемента перемещением наклейки после изготовления
тогда как в первой подобные поправки вносить зна-
1
Дврторой происходит расхождение
блюдателя, если диск применен в
>йства, например с плоскоэлектродной лампой. В некото-
их других конструкциях отверстия в диске делались боль-
его диаметра, чем
; уклеивались листками
ЖЖе и
♦ Такая
жен ия
Диска,
чительно труднее. При анализе работы диска Нипкова воз-
никал важный вопрос, до каких пределов можно уменьшать
размеры отверстия, с точки зрения чисто оптического про-
хождения лучей. Иначе говоря, начиная с каких разме-
ров отверстия начнется появление диффр акционных колец
и искажение контуров изображения. Этот вопрос был осве-
щен подробно Р. Мёллером (R. МбПег) на страницах жур-
• нала «Femesehn» {1930 г.), Мёллер показал, что так как в
большинстве случаев источники света, применяемые в даль-
новидении, имеют большие размеры по сравнению с отвер-
стием, то диффракционные явления накладываются одно на
другое, и поле зрения кажется равномерно освещенным. По-
этому размеры отверстий всегда определяются только све-
товым потоком, который необходимо получить на элемент
изображения, а не второстепенными оптическими явления-
ми. Практически диски Нипкова изготовляются с отверсти-
ями диаметром 0,05 мм при 180 строках; 0,12—0,15 мм при
120 и от 0,4 до 0,5 при 60—30 отверстиях. Для передатчи-
ков прямого видения (см. ниже) ВЭИ применяет большой
диск с 30 отверстиями, диаметр которых равен 1,8 мм.
лучей, т. е. со стороны
качестве приемного уст-
щи:
3. Цилиндр и лента с отверстиями
На принципе разложения, аналогичном диску Нипкова,
основано устройство, работающее при помощи цилиндра с
отверстиями, а также бесконечной лентой. В этом случае
отверстия на цилиндре расположены по винтовой линии,
причем обычно устраивают не один, а несколько таких вит-
ков (Дженкинс); при этом цилиндр вращается с увеличен-
ной во столько раз скоростью, сколько' полных оборотов
винтовой линии нанесено на цилиндр. Каждая группа от-
верстий освещается отдельным катодом неоновой лампы,
или же открывается специальной диафрагмой в виде диска,
вращающего на оси, перпендикулярной оси цилиндра, свя-
занного с ним зубчатым сцеплением (рис. 36 и 37). В первом
64
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
Рис. 36. Приемник Дженкинса с 4-катодной лампой
Рис. 37. Приемник Дженкинса
нового типа
Я • 38. 4-катодная неоновая лампа
из этих устройств имеется четыре серии отверстий на ци-
линдре, внутри которого по оси вращения расположена спе-
циальная неоновая лампа с четырьмя катодами. Эти элек-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
OS
троды выведены к специальному коммутатору, переключа-
ющему их в порядке, в каком должна происходить смена
серий отверстий при разложении изображения. С целью по-
лучения большого количества света из отверстий, между
каждым из них, расположенным на внешнем цилиндре и
отверстием во внутреннем цилиндре, в котором помешена
лампа, поставлены кварцевые палочки канализирующий свет,
(рис. 38). Вся система вращается от основного синхронного
Рис. 39. Приемник и передатчик с лентой с отверстиями
мотора. В оптическом отношении такая система не имеет ни-
каких преимуществ перед диском Нипкова, и световой поток
через одно отверстие определяется теми же, ранее выведен-
ными формулами; но механически она может быть более ком-
пактна, что и являлось причиной ее появления. Вместо ци-
линдра предлагались также гибкие ленты с отверстиями, рас-
положенными по наклонной прямой (рис. 39). Однако по-
добная конструкция не выгодна ввиду больших угловых
скоростей, получающихся у ведущих валиков, и дрожания
гибкой ленты, что сопровождается нестабильностью’ элемен-
тов развертки и вызывает искажения. Поэтому в современ-
ном дальновидении такая система совершенно не применя-
ется.
4. Передающие устройства дальновидения
В начале развития проблемы дальновидения предпола-
гался всегда только один вид передающих устройств, это
прибор, позволяющий передать предметы, освещенные
дневным или искусственным светом, аналогично тому, как
это происходит в обыкновенном фотоаппарате, при наведе-
нии которого на интересующий об’ект изображение пос-
леднего немедленно получается на матовом стекле. В аппа-
5 Основы дальновидения
66
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ п
pare дальновидения такое матовое стекло должно быть вне
пределов оптической системы передатчика, и оно удалено
на значительное расстояние. Процесс передачи световых им-
пульсов происходит через целый ряд трансформаций раз-
личных видов энергии. В связи с таким методом передачи
дальновидения все проекты, предлагавшиеся на протяжении
долгих лет, имели основной принцип получения оптическо-
го изображения освещенного предмета А в той плоскости, в
которой механизм развертки N производит его разложение
на элементы, пропуская на фотоэлемент Р элементарный пу-
Рис. 40. Оптическая система передатчика прямого видения
чок света в каждый данный момент. Такое устройство, неза-
висимо от системы разложения изображения, называется
«устройством прямого видения» или «дневного видения»
(рис. 40). Возможность осуществления подобного аппарата
ограничивается •исключительно тем количеством света, ко-
торое попадает через элементарную1 дифрагму или отверстие
диска на фотоэлемент. При разборе диска Нипкова были
в ыв едены с о т в е т с т в у ю щ и е формул ы, по зв о л я ющи е в ычи с -
лить световой поток, проходящий через, его отверстие, при
наличи об’ектива, создающего' оптическое изображение
предмета непосредственно на самом диске. Таким образом
плоскость диска заменяет матовое стекло фотографического
аппарата, и изображение, образуемое на йем об’ективом,
должно быть совершенно резким и отчетливым. Дальнейший
ход лучей после выхода из отверстия, теоретически говоря,
безразличен, так как каждая точка оптического изображения
является элементарным источником света, освещающим фо-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
67
тоэлемент расходящимся пучком лучей; но в действитель-
ности перемещение этого пучка лучей по светочувствитель-
ной поверхности может вызвать неправильные фотосигна-
лы, так как поверхность фотоэлемента имеет неоднородную
чувствительность. Поэтому между диском и фотоэлементом
помещают собирательную- линзу (рис. 41) такого радиуса
кривизны, что расстояние ее до об’ектива (сквозь диск)
равно 2/л (/л —фокусное расстояние дополнительной лин-
зы) и на таком же расстоянии 2 /л от линзы помещается
чувствительная1 поверхность фотоэлемента. Тогда на этой
поверхности получится действительное изображение об’ек-
Рис, 41. Расположение дополнительной линзы за диском
тива в виде светлого кружка, который будет неподвижен
при перемещении отверстий и будет лишь менять яркость
в зависимости от яркости элемента изображения, попадаю-
щего в данный момент на рабочее отверстие. Эта дополни-
тельная линза вносит свой элемент потерь, который должен
быть учтен при общем расчете светового потока (например,
по таблице 2 на стр. 35) считая, что свет проходит сквозь
полное число стекол, в которое, кроме объективных, вхо-
дят и линзы перед фотоэлементом. Между линзой и диском
помещается рамка изображения, ограничивающая возмож-
ность одновременного попадания света от нескольких от-
верстий на фотоэлемент. (Помещение рамки между об’екти-
вом и диском менее желательно, так как отверстие на краю
рамки может попасть в область полутени, и прекращения
сигналов строки будут недостаточно резкими, что важно в
отношении формы сигналов синхронизации, как это будет
выяснено ниже.
5*
68
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IT
Формула светового потока, проходящего через одно
отверстие диска, была выведена выше в следующем виде:
Дф = 9* тсз ( |
Введем в нее еще поверхность кадра изображения S#. Ши-
nD
рина кадра В равняется -----, его поверхность
а
k2D2 n2D2
п
Тогда выражение для элементарного светового потока
примет следующий вид:
ДФ
ЛЮКС
Sb
4 п 4 и
т. е. световой поток прямо пропорционален площади отв ер-
. г о
стия ---, квадрату относительно отверстия L’ и яркости
проектируемого на диск предмета чВ. Отсюда ясно, что име-
ется прямая выгода повысить размеры диска и с ним пло-
щадь одного отверстия. Чтобы не превзойти при -большом
числе отверстий размеров диска, допустимых механически-
ми конструкциями, можно увеличивать число- оборотов
диска, сделав на нем несколько спиралей отверстий. По-
верхность кадра Sb в этом случае выразится
к2Д2
m2 • - = m2SB ,
п
т. е. в т* раз больше, на которой можно
большее число элементов или увеличить их
Если освещенность объекта задана так же,
элементов разложения, то поток, падающий
мент, зависит только от размеров диска и относительного
отверстия объектива. Величина фокусного расстояния об’-
ектива f определяет угол, под которым видна поверхность
передаваемого об’екта из центра об’ектива. Так как отно-
шение поверхности об’екта So к поверхности изображения
а2
Sb равно —, где a — расстояние до об’екта и от об’екти-
ва, b — расстояние об’ектива до диска, то имеем
So а* (а А2
» 1 1 I
расположить
поверхность,
как и число
на фотоэле-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
69
о
по линзовой
Отсюда получим выражение поверхности об’екта
f а \2 tz2D2 (а \2тс2О2а
V л/2
При заданном расстоянии а должно быть выбрано соответ-
ствующее /, чтобы иметь подходящий угол зрения.
В связи с работами по дневному видению не раз подни-
мался вопрос о том, что при оптических возможностях ме-
ханического дальновидения, дающего весьма несовершен-
ные изображения, нет необходимости применять столь со-
в е рш е иные оп т ич е с к и е с и-стем ы, как в ы с о к о к ач еств е н н ы е
светосильные об’ективы, а можно ограничиться простыми
линзами того же относительного отверстия. Об’ективы, при-
меняемые для фотографических снимков среднего качества,
которые потом нельзя увеличивать, допускают нерезкость
порядка 0,1 мм, т. е. математическая точка может быть
изображена вследствие аберраций кружком соответствую-
щего диаметра 0,1 мм. Отверстие диска Нипкова во многих
случаях значительно больше этой величины, порядка 0,5—
1,5 мм, что вызывается требованиями получения большого
светового потока. Но было бы ошибкой заключить, что в
этих же пределах можно допустить нерезкость изображе-
ния.
При анализе сигналов дальновидения, согласно работам
проф. Ф. Шретера и д-ра Худека, будет выявлена большая
важность резких переходов освещенностей для четкости
сигналов дальновидения, здесь же разберем возможность
применения простой линзы в качестве об’ектива с чисто
оптической точки зрения, как это было сделано для лабо-
ратории дальновидения ЦРЛ проф. Г. Г. Слюсаревым.
1) Поперечная хроматическая аберрация Az положения
ж а 1 d
определяется по формуле Az = —, а — отверстие линзы,
2 v
v—показатель дисперсии стекла (приблизительно v = 0,64).
d
Считая Дг=0,5]/ 2 = 0,7, имеем 0,7 мм—-----; d = 45 мм.
64
90
Прий = 90 мм, получим Дг = — = 1,4 мм, а при 4 = 64мм,
Дх = 1 мм.
70
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ П
2) Сферическая аберрация простой линзы
А^ =
где Si — коэфициент, зависящий от формы линзы (около 2).
Так как в кружке рассеяния .в Гауссовой (плоскости изобра-
жения свет распределяется по некоторому закону, из которо-
го следует, что половина света распределена в круге диамет-
ром 0,36 диаметра всего кружка аберрации, то вместо Az сле-
дует принять
j — 200 мм.
Аг
Об
/
2,8 Дг, тогда получим для d t= 64
мм;
643 • 2
8 -4,8 • 40000
26,2155
4 2,8-40000
== 0,56 мм..
3) Астигматизм и кривизна поля для сагиттальных лу-
чей Дл, и для меридиональных лучей дхт при а = 30°, вы-
ражаются формулами:
A f + 2 1 т 200 _ ,
Дх, = — у -tg2a- 1,7 =------— • l,7-tg’% —
1,7- 100 • (0,577)2= 1,7 100-0,333—— 5,6 мм
= —3,7 • 100(0,577)2 = — 3,7 • 100 • 0,333 = — 12,3 мм.
Эти вычисления показывают, что простая плосковы-
пуклая линза дает размытость изображения, совершенно
недопустимую даже при весьма грубом растре (~ =0,5 кв, мм),
так как аберрации достигают размеров элемента изображе-
ния. Поэтому, несмотря на несовершенство механизма раз-
ложения изображения, необходимо применять высококаче-
ственные оптические системы, создающие правильное изоб-
ражение. Это, конечно, относится только к об’ективу, допол-
нительная же линза между диском и фотоэлементом может
быть самой простой, не исправленной на аберрации.
Вычисление светового (потока, проходящего через от-
верстия диска Нипкова, дает вполне определенные указания
о возможности осуществления прибора дневного видения,
л приводит к выводу, что без применения особо высокочув-
МЕХЛНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИИ
71
ствительных фотоэлементов, например, со вторичной эмис-
сией, устройство такого типа практического значения не
имеет. Действительно, чувствительность фотоэлементов, име-
ющих удовлетворительную^ частотную характеристику, та-
кова, что только при очень небольшом числе отверстий в
диске (30—45) и при больших размерах самих дисков мож-
но получить достаточный импульс тока при освещенности
Рис. 42. Принцип передатчика с бегающим лучом
передаваемого об’екта от 2 тыс. до 10 тыс. люкс. Пусть от-
верстия на диске имеют стороной 1,4 мм и относительное
отв ерстие об ’ ектив а
L = —, s = (i,4)2 = 2 кв. м.
3
Тогда, три £-—2000 люкс, имеем
К-Е-10-* 1-2000- 10~4- 2- 10-2
4 4 9
= 1,11 • 10-4 Lum
при чувствительности фотоэлемента 2O’j'-\lot на сопротив-
лении в 30 000 й, включенном последовательно, разовьется
напряжение.
Др = 3- 104 • 20 -10-8 • 1,11 • 10-4 = 6,66 • 10-5 Volt,
величина, превосходящая паразитные шумы и даю-
щая нормальный сигнал; при увеличении числа отверстий
Придется уменьшить их площадь, и сигнал станет слишком
72
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
слабым, чтобы его можно было отделить от 'помех в усили-
теле. Ввиду этого устройства прямого видения не были рас-
пространены даже в лабораторной (Практике, и впервые
настоящее дальновидение было получено- по методу так
называемого «бегающего луча».
Идея этого устройства была взята из фототелеграфии,
где она до настоящего времени является единственным ре-
ально практическим методом работы и заключается в сле-
Рис. 43. Общий вид передатчика
с бегающим лучом
дующем. Передаваемое
изображение, или в даль-
новидении об'ект, уста-
навливается в темном по-
мещении (рис. 42). На этот
предмет или изображе-
ние проектируется эле-
ментарное отверстие ди-
ска Нипкова или иного
механизма развертки при
помощи осветительной и
оптической системы, на-
подобие проекционного
фонаря или в фототеле-
графии, типа проекцион-
ного микроскопа. Отра-
женный свет от освещен-
ной элементарной части
об‘екта улавливается не-
сколькими фотоэлемента-
ми больших поверхно-
стей, действующими на
одну усилительную схе-
му, что дает возможность
обнаружить весьма малое
количество отраженного
света за счет увеличения поверхности фотоэлементов. Раз-
мещение таких фотоэлементов перед объектом может быть
осуществлено наиболее удобным образом и с различных
сторон, так что движение элементарного луча по об’екту во
всех его положениях даст достаточный импульс фототока.
Именно этим способом были произведены передачи видения
живого лица по радио и по проводам в 1927 г. Беллсистем
К°, после которой на том же принципе работали ряд лабо-
раторий всех стран (рис. 43). Поэтому передатчик с бегаю-
щим лучом не потерял еще своего значения и до сих пор,
так как кроме преимуществ в отношении использования
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
73
света большими фотоэлементами он допускает и большое
число элементов разложения (до 40 тыс).
На рис. 43 показан один из таких передатчиков с бегаю-
щим лучом, построенный в 1932 г. Центр, радиолабор. в
Ленинграде.
В основном передатчик с бегающим лучом состоит из
проекционной и осветительной системы, совершенно такой
же, как в больших проекционных фонарях, у которой вме-
сто диапозитива имеется кадр отверстий диска Нипкова
(рис. 44). Осветительная система имеет источник света и
Рис. 44. Оптическая система передатчика с бегающим лучом
конденсор, при помощи которых освещаются отверстия
диска, а эти последние проектируются на об’ект при помо-
щи об’ектива, совершенно такого же типа, как и в указан-
ных проекторах. С точки зрения проектирования приборов
дальновидения нас интересует и в данном случае, какой
световой поток попадает на фотоэлементы, отражаясь
диффузно от одной элементарной площадки об’екта, осве-
щенной на нем изображением отверстия диска.
Рассмотрим последовательно эффективность всех оп-
тических частей ^системы, начиная от источника овета и
конденсора. Предположим, что сам источник излучения
подчиняется закону Ламберта, т. е. яркость его одинакова
во все стороны, и что форма его — плоская накаленная пла-
стинка. Это довольно близко совпадает с действительными
условиями работы кинопроекционных ламп типа КП-36, на-
каленное тело которых представляет собой четыре близко
расположенные спирали, занимающие площадку около 16 X
Х16 мм. В таком случае диаграмма амплитуды излучения та-
кого источника -представится окружностно касательной к
74
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ И
площадке, по уравнению I = /Ocosa (рис. 45). На конден-
сорную систему К, состоящую обычно* из двух плосковыпук-
лых линз, попадает свет в телесном угле, составленном по-
верхностью конденсора и квадратом рассстояния от него до
источника. Тогда приращение потока б?Ф с увеличением
угла а выразится произведением амплитуды силы света
/0 cos а на поверхность шарового пояса в угле da, рав-
ную 27zsina-da, деленной на квадрат расстояния, равного
единице, т. е. имеем
б/Ф _ /0 cos a • 2” sin a d а ~ • 2 sin a cos a d a =
= /0:: • sin 2a d a.
Отсюда, интегрируя в пределах от a~0 до a
ПО-
лучим поток в полусфере Фо, а интегрируя
потока, захватываемый конденсором Ф/.
а
Ф;, ~ i /0 к sin 2a * da = —°- (1 — cos 2сс) =
О до а
о
> я. / А — cos2a \ , . 0 Ф.
Ф* — Фо |---------1 = Фо sin2 a; - - = sin2 a.
\ 2 / Фо
Вычисляя sin2 a, получим коэфициент, показывающий
степень использования всей световой энергии, направляю-
щейся в сторону конденсора. Эти величины сведены в таб-
лицу, из которой видно, что наибольшее значение получа-
ется при a = 90°.
ТАБЛИЦА 4
к
к
О
10 0,03 40 0,422 70 0,888
20 0,017 50 0,587 80 0,973
30 0,257 60 0,750 90 1,00
Как и всякая собирательная линзовая система конден-
сор дает действительное изображение источника на расстоя-
нии, вычисленном по обычным линзовым формулам. Полез-
но, однако, отметить, что, так как конденсор состоит из двух
одинаковых линз, наиболее выгодным является расстояние,
равное 2 F — двойному главному фокусному расстоянию. При
этом поток от первой линзы внутри конденсора идет парал-
лельным пучком ц полностью попадает на вторую, а изобра-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
75
жение равно по размерам самому источнику. Учитывая
поглощение в стеклах конденсора по табл. 2, имеем 0,85
прохождения падающей энергии. Таким образом в действи-
тельное изображение источника приходит световой поток
Ф*. — 0,85 Фо sm2 а. Диск Нипкова помещается после конден-
сора, и освещенные отверстия проектируются объективом на
передаваемый об’ект; При этом происходит еще потеря по-
лученной конденсором энергии, так как поверхность кадра
на диске прямоугольная, а покрывается она кругом (перпен-
дикулярным сечением
конуса лучей плоско-
стью). Если кадр на
диске квадратный, то
из поверхности круга
он использует только
64%. Поэтому сквозь
все отверстия на об‘ек-
тив пройдет 0,64 ФА (по-
токи конденсатора).
Объектив может быть
поставлен после диска
Нипкова в любом ме-
сте, но единственно
правильное его поме-
щение, это в точке об-
разования конденсором
действительного изоб-
ЗсоьсС
Рис- 45. Диаграмма излучения плоской
пластинки
ражения источника,
т. е. на 2 F — в двойном фокусном расстоянии конденсора,
так как именно в этом месте ста об’ектив попадут все лучи
при том условии, что поверхность об’ектива не меньше по-
верхности изображения источника. Во всех других положе-
ниях об’ектив получит меньше света, и яркость элементов на
об’екте уменьшиться. Рассстояние от диска Нипкова до
об’ектива определяется желаемыми размерами элемента
изображения, поверхность которого равна поверхности от-
верстия, помноженной на отношение
а2
Ь-
что в свою1 оче-
редь зависит от фокусного расстояния об’ектива, так как
а
1 . Величину
часто называют «коэфици-
ентом увеличения» и обозначают через т. Поверхность, ко-
торую покрывает действительное изображение отверстия
76
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
при своем движении по строчкам развертки будет увеличен-
ным изображением поверхности кадра отверстий на диске,
совершенно так же, как получаются на экране кино или
проекционного фонаря увеличенные изображения диапози-
тивов или фильмы. Полный световой поток, который покры-
вает все это увеличенное изображение, будет найден, счи-
тая, что приведенным источником света, освещающим этот
экран, является об’ектив, поверхность которого равна
тс • d3
—-— (d— диаметр оо’ектива) с яркостью Ф свеч/кв. см
равной яркости ® источника. Поверхности кадра отверстий,
была выведена ранее, и она (равна
Sb
п
где D — средний диаметр диска Нипкова, п — число элемен-
тов разложения изображения. Увеличенная поверхность
Id \
кадра будет 8э = —-—-------1] . Полный поток света,
п \ f I
попадающий на экран сквозь кадр (без диска) будет:
тс2 О2 / а _ \2 1
n \ f /а2
и, иследовательно, поток в луче, составляющий
_ I D\2 Id V/i f V
будет ДФ = SB • -—I —J | 1----------—I ;
4 \ n / \ f J \ a /
обозначая, как и раньше, относительное отверстие об’ектива
— через L и считая 1—-^1, получим приблизительно
/ а
Это та же формула, что и полученная для потока в аппара-
те прямого видения, как это и должно быть, так как ход лу-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
77
чей остался тем же, а изменилось лишь положение светящее
гося тела. Световой поток бегающего луча, попадая на
об’ект, видение которого передают, отражается в различной
степени от освещенных им частей предмета, и невозможно
заранее рассчитать, какая именно его часть попадает на фо-
тоэлементы, так как коэффициент отражения может меняться
в самых широких пределах. Считая, например, что отраже-
ние совершается полностью' диффузно '(равномерно- во все
стороны), получим, что средняя сила отраженного света
будет
п.
Если фотоэлемент находится на расстоянии / от осве-
щенной точки на предмете и имеет рабочую- поверхность
Эф, то пространственный угол из данной точки будет ----,
/2
а поток, попадающий на фотоэлемент,
ДФ
Если отражение более благоприятно в сторону данного
ДФ
фотоэлемента, то вместо ---- в той же формуле можно
2~
допустить
ДФ
Т
и т. д., что можно найти только опы-
том, измеряя коэфициент отражения. Но -ввиду того, что
подобные исследования необходимо вести непосредственно
с об’ектом, эти измерения не имеют значения, и обычно ра-
бота фотоэлементов рассчитывается при проектировании бе-
гающего луча на белый матовый экран, к которому спра-
ДФ 5Ф.
ведлива формула Ф<р = -------- .
Если фотоэлементов несколько, то сигнал каждого из
них суммируется, хотя и не вполне арифметически, так как
^следствие емкостных эффектов в соединительных прово-
дах происходит некоторый сдвиг фаз между сигналами от
каждого фотоэлемента.
В некоторых системах передающих устройств с бегаю-
щим лучом (Санабрия) применялись фотоэлементы неболь-
ших размеров, помещенные в фокусе больших ггараболиче-
?8
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
ских зеркал (рис. 46). Такое расположение вполне целесооб-
разно, но >может дать искажение, если светочувствительная
поверхность фотоэлемента не вполне однородна. Поэтому,
Точка $рощ, вокруг
тоики а
Рис. 46. Фотоэлементный шкаф передатчика Санабрия
Рис. 47. Оптическая схема передатчика с бегающим лучом Шретера
наиболее часто применяются просто фотоэлементы больших
размеров, сгруппированные перед об’ектом без оптических
собирательных систем, так как всякая система, будь то линза
или зеркало, дадут лучший эффект преимущественно в од-
ном направлении и при условии, что поверхность их больше
отверстия фотоэлемента. В смысле применения собиратель-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
T9
ных систем, имеющих большой угол зрения, интересен па-
тент Телефункен-Шретера, в котором предполагается ис-
пользовать для концентрации света систему ступенчатых
линз или зеркал, типа маяков Френеля. Схема этого устрой-
ства представлена на pine. 47. Бегающий луч, выходящий
из об’ектива, попадает на плоское зеркало 5, которое на-
правляет его на об’ект 6. Отраженный свет захватывается
системой ступенчатых линз или
зеркал 7,5 в форме призматиче- '
ских колец Френеля и направля- //^
ется на параболическое зеркало $ //,
9 почти параллельно его глав- "А
ной оси и далее на фотоэлемен- __Q •
ты 10, помещенные в его фоку- го) 7
се. Часть света попадает надру- у
гой фотоэлемент 11 непосред- , у
ственно после отражения или
преломления в системе 8 — 5. На-
личие только двух фотоэлемен- Рис. 48. Коммутатор света
тов, а также усилителя /<?, находя-
щегося от них на коротком расстоянии, уменьшает вредное
емкостное влияние соединительных проводов, что дает воз-
можность работать на большом числе элементов разложе-
ния, так как высокие частоты сигналов дальновидения не
ослабляются, как это будет об’яснено в разборе работы уси-
ления.
При большом числе элементов разложения применяются
диски с несколькими спиралями отверстий. В этом случае,
как и в предыдущем, справедлива ранее выведенная фор-
/ D \2 / L \2
мула* для ДФг=т27т3<в(— I- ,
\ 2 / \п /
где 33—'Яркость источника и т— число* спиралей, равное,
например, двум. Коммутатор света, прикрывающий нерабо-
чие отверстия, помещается между конденсором и диском
и приводится во вращение, как и в приборе прямого виде-
ния зубчатки, сцеплением или цепью от оси вращения дис-
ка а. А. Расплетин предложил весьма простое устройство,
* Поверхность кадра изображения на диске, имеющем ш спирален,
равна S() -; точная формула для ДФ выражается:
п
& / D V ( f \2
ДФ = m2 . — . . —]р ,
4 \ п / V а /
если величиной — нельзя пренебречь по сравнению с единицей.
a
80
ОСНОВЫ .ДАЛЬНОВИДЕНИЯ, ЧАСТЬ П
имеющее вид диска с треугольными вырезами, вращение
которого совершается в t раз медленнее, чем вращение дис-
ка, если t — число треугольных вырезов светового коммута-
тора (рис. 48).
Наконец, последним видом передающего устройства,
использующего' диск с отверстиями, в котором он, вероятно,
просуществует довольно долго, является передатчик кино-
фильмов. В оптическом отношении он отличается от первых
двух типов тем, что свет от источника используется непос-
редственно фотоэлементом, так как элементарный луч попа-
дает прямо на светочувствительную поверхность, просвечи-
вая кинопленку.
Телекинопередатчики были построены многими лабо-
раториями по1 дальновидению' и по своей конструкции явля-
ются наиболее разработанными приборами, причем почти
во всех устройствах применяется разложение изображения
кинофильма только по строчкам, а смена строк совершается
непрерывным движением самого фильма. Это позволяет ис-
пользовать простой диск с отвесртиями по окружности, а не
по спирали, как у Нипкова, что является значительным упро-
щением в изготовлении диска. Но перемещение со строки
на строку вторым механизмом ставит весьма высокие требо-
вания к точности движения кинопленки, а малые размеры
кадра фильма, по которому движется элементарный луч, не
допускают даже незначительных искажений в сечении луча
При его перемещении, что можно осуществить только с вы-
сококачественной онтической системой. Прерывистое дви-
жение фильма, как в обычном кино, применялось в нача-
ле развития работ по телекинопередаче, например в лабора-
ториях «Английской граммофонной К0» („Grammophone С°
England*) и фирмы «Фернзее», и не может считаться вполне
практичным, так как сочетание с непрерывным движением
механизма разложения вызывает потерю нескольких строк
развертки, в общей сложности 10—15% поверхности изобра*
жения, во время смены кадров. В свою- очередь системы
подобного рода; применяют нормальный кинопроектор, и
все дополнительное устройство телекинопередатчика сво-
дится к переходной оптической системе, к диску Нипкова с
фотоэлементом и усилителями, а совместная работа диска и
кинопроектора вполне обеспечивается вращением механиз-
мов простыми синхронными моторами. Ввиду того, что по-
теря части изображения! в такой простой системе кинопере-
датчика неизбежна, современные установки работают с не-
прерывным движением кинофильма. Примерами таких
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
81
устройств могут служить „Топ—Kinosender44 фирмы «Фернзее
А» и передатчик сисетмьг R. С. А. установленный на „Empire
State Building44 в Нью-Йорке.
В передатчике «Фернзее» кинофильм идет, как в обыч-
ном кинопроекторе, непосредственно после конденсора и
проектируется объективом и дополнительными линзами на
диск Нипкова (рис. 49). Механизм проектора немного изме-
нен в том отношении, что в нем снят мальтийский крест и
фильм движется непрерывно, кроме того добавлена специ-
ФилЬма
Ист. сбета
05'ектиб
Рис. 49. Принцип передающего устройства для кинофильм
альная система механических фильтров, обеспечивающих его
совершенно равномерный ход. Диск имеет 120 отверстий по
окружности (не по спирали Нипкова) и вращается синхрон-
ным мотором со скоростью 1 500 об/мин., подобным же мо-
тором вращается механизм кинопроектора. Кинопроектор
имеет звуковую головку, с которой передается запись звука
на отдельную' систему усиления, и радиопередатчик.
В передатчике R. С, А, '(рис. 50) диск помещен в том же
месте, как и для работы бегающим лучом, т. е. после конден-
сора, и изображение отверстия проектируется об’ективом на
фильм, за которым помещена дополнительная линза и фото-
элемент. Такое расположение частей требует кардинальной
переделки механизма кинопроектора, от которого остаются
только главные части, а наиболее громоздкие детали долж-
ны быть изготовлены специально. Движение фильма также
непрерывное, с механическими фильтрами и звуковоспроиз-
6 Основы дальновидения
82
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ П
водящей частью- в нижней половине прибора. Диск имеет 60
отверстий по простой окружности, но вращается с удвоен-
ной скоростью, так что разложение совершается при 120
строчках и 25 кадрах в секунду.
Оптически обе описанные системы совершенно экви-
валентны, так как при одинаковой яркости источника и обя-
зательном равенстве кадра развертки (кадр кинофильма)
для светового потока, попадающего на фотоэлемент, совер-
Рис. 50. Кинопередатчик аме- Рис. 51. Диск кинопередатчика
риканской радиокорпорации
шенно безразлично, где будет находиться кинофильм, изме-
няющий интенсивность света, до диска или после . Счи-
тается, что помещение кинофильма после конденсора более
опасно, так как фильм более нагревается, что, однако, делает-
ся во- всех киноаппаратах; помещение фильма за диском не
имеет такого неудобства работы. В действительности, для
гражданского телекинопередатчика первая система во* всех
отношениях проще и экономически выгоднее. Что касается
получаемых результатов, то эти системы' совершенно равно-
ценны. Максимальный световой поток, попадающий на фо-
тоэлемент, вычисляется по точной формуле диска с его от-
тг3 / £>\21 f\2
верстиями: ДФ = £ИСТ.--------- L2 — 1----- , так как
4 \ п / \ а /
величиной f/a в этом случае пренебречь нельзя. По-
лученное значение надо еще уменьшить, учитывая, погло-
щения и отражения в переходной оптической системе, счи-
тая полное число стекол между источником света и изобра-
жением кадра на диске. Имея в виду, что размеры кадра
фильма, проектируемого на диск, стандартизованы (18 X
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
83
размеры диска, необходимого для развертки, будут
зависеть от величины f/a и, следовательно, могут меняться
в широких пределах, при применении различных f (об’екти-
вы) и расстояний а от об’ектива до диска. Но, в большин-
стве случаев, нет оснований уменьшать площадь изображе-
ния на диске меньше размеров самого кадра (1,8 X 2,4 см —
= 4,32 кв. см), что было- бы трудно осуществить вследствие
весьма малых размеров отверстий, принимая во вни-
мание, что- диск дает развертку только одной строки, так
^ак отверстия расположены по окружности, а смена строк
дается движением самого фильма. Поэтому периметр окруж-
ности диска будет тс D см = 2,4 см. z, где z— число строк.
При z=120 диск получается слишком больших размеров
(D=920 мм), вследствие чего становится необходимо при-
менять в нем меньшее число отверстий и увеличивать число
оборотов, например вдвое. Тогда D = 460 мм и при 25 кад-
рах в секунду диск должен совершить 50 об/сек, сохраняя,
конечно, размеры отверстия, соответствующие 120 строкам
разложения, т. е. стороной квадратика, равной 18/120 мм =
= 0,15 мм (горизонтальная развертка). Удвоение числа обо-
ротов, необходимое в этом случае, может быть получено от
обычных синхронных моторов, но с питанием их перемен-
ным током удвоенной частоты. Ввиду развития различных
типов стационарных удвоителей такой способ позволяем
обойтись без применения зубчаток, которые могли бы соз-
дать вредные толчки в движении мотора. В передатчике
R.C.A. применен именно этот способ питания переменным
током в 98 пер/сек обычного четырехполюсного синхронно-
го мотора, который вращается со скоростью 1 440 оборотов
(при питании; его от 48 пер/сек) для получения его враще-
ния со скоростью 2 800 об/сек. Разложение каждого кадра
фильма совершается за два оборота диска, т. е. передача
идет при 24 кадрах в секунду, что вполне соответствует
нормам кинопередачи. Размеры отверстия 0,152 X 0,152 мм,
т. е. с небольшой перекрышкой строк. Кроме 60 отверстий,
имеющих назначение разложения изображения, имеется еще
60 отверстий, расположенных на окружности меньшего диа-
метра для подачи специальных синхронных сигналов в нача-
ле каждой строки (рис. 51). Каждое отверстие этой серии
имеет вид узкой щели длиной 2,5 мм и шириной 0,25 мм;
кроме этих отверстий в той же серии имеется еще одно по
периметру окружности, специальной формы, длиной 72 мм
и шириной 2,5 мм в наиболее широкой части. Работа этих
отверстий будет подробно объяснена в отделе катодного
Дальновидения и синхронизации, здесь же скажем только,
6*
$4
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ И
что в данной системе эти отверстия используются для по-
дачи'коротких импульсов света от лампы на специальный
фотоэлемент, сигналы которого усиливаются и подаются в
общую линию передачи сигналов дальновидения. В качестве
осветительной системы применяется вольтова дуга с силой
тока до 40 А.
5. Линзовый диск
Выше отмечалось, что разложение изображения для
приема или передачи дальновидения сводится к относитель-
ному перемещению диафрагмы (отверстия), составляющей
элементы изображения по изображению или наоборот. Диск
Нипкова представляет случай перемещения диафрагмы по
Рис. 52. Расположение линз на диске
неподвижному изображению, создаваемому на нем объекти-
вом. Количество света, которое при этом проходит через
отверстие, вычисляется и представляется формулами для
А Ф. Очевидно, что положение вещей не изменится, если вме-
сто движения отверстия будет двигаться об'ектив, переме-
щая изображение по неподвижному отверстию. Количество
света остается тем же, и мы ничего не выиграем Однако
мы тотчас приходим к новой конструкции механизма для раз-
ложения изображения, а именно, к замене каждого отвер-
стия в диске линзой, центр которой совпадает с центром
отверстия. Каждая из линз располагается, следовательно,
на радиусах диска совершенно так же, как и отверстия на
диске, т. е. под центральными углами —и центр ее
z
МЕХАНИЗМЫ Г-.АЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
85
•смещается внутрь на расстояние —; Н— в этом случае
z
высота того изображения, которое покроет экранчик
с отверстием, за которым' стоит фотоэлемент (рис. 52). Если
фокусное расстояние линзы равно- f, расстояние до экран-
Рис. 53. Ход лучей в линзовом диске
чика фотоэлемента есть Ь, то изображение В' X Н будет ре-
зультатом проекции, линзой на этот экранчик некоторого
предмета Н'\В\ находящегося на расстоянии а от линзы,
и это расстояние определится линзовой формулой — —=
иначе говоря а =
(рис. 53). Поверхность
Н'Х В' и поверхность Н X В связаны общеизвестным опти-
ческим соотношением
тогда получим Hf ВГ = Н- В ---
Ь2 Ь2
Эта поверхность Н' В', будет той полезной площадью, об’ек-
та или экрана, которую линзовый диск может разложить на
элементы. В главе о передающих устройствах указывалось,
что применение простых линз в качестве об’ектива, подвиж-
* или приблизительно И'В! = НВ
86
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ П
ног о или неподвижного, весьма не целесообразно вследствие •
оптических аберраций и астигматизма такой системы. Поэто-
му линзовый диск для передающих устройств применяется
только в телекинопередатчике Дженкинса (рис. 54), причем
вместо линз в нем1 поставлены действительно исправленные
об’ективы от микроскопов с фокусом, 5—40 мм. Главная
же роль его в дальновидении, это — проекция прием-
ного изображения на большой экран. Хотя и в этом случае
___ Касета с
tew Фипьмой
Усилитель"
U Фото V
элемент, j,
Дуга
г
прот.
Диск
Н ширено
Ьеш,. перед
Синхрон
мртор
разе ерт.
Рис. 54.
Ленто-
оптические несовершенства неисправленной линзы остаются
в силе, но ввиду простоты устройства оно весьма популярно
и дает достаточно удовлетворительные результаты. Пред-
метом расчета такого линзового диска являются: 1) размеры
и расположение линз на диске, 2) требования, пред’являе-
мые к размерам источника модулированного’ света, проек-
тируемого линзами на экран, 3) освещенность или яркость
изображения на экране и 4) размеры этого изображения.
Практически порядок расчета может меняться в зависимо-
сти от того, что какая-либо часть всей установки уже заранее
задана, например, имеется точечная лампа определенной
поверхности, или заданы размеры диска или, наконец, раз-
меры экрана и т. п. Поэтому мы разберем свойства линзо-
вого диска сначала в общем виде.
Уравнение кривой, на которой расположены центры
линз, то же, что и для диска Нипкова, т. е. радиус
где а — угол между смежными линзами, равный а =-и
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
87
К— -номер линзы от начала спирали. Н—есть разность
наибольшего и наименьшего радиусов, на которых нахо-
дятся центры начальной и конечной линз, что соответствует
в диске Нипкова высоте изображения на диске. Периметр
средней окружности спирали (радиус которой равен
Rep.
равен
z. В, считая, что В есть ли-
нейное расстояние между центрами линз и z— их полное
число на диске. Величина В — эквивалентна ширине изобра-
жения на диске Нипкова и приблизительно равна:
2тг
Z
В —
Сектор, образуемый окружностями и радиусами, про-
ходящими через центры начальной и конечной линз, есть та
воображаемая поверхность изображения на линзовом дис-
ке, которая реально существует на диске с отверстиями.
Считая эту поверхность прямоугольной и имея в виду, что
в двух противоположных углах его' расположены линзы,
которые не должны касаться или перекрывать одна другую,
2тг
получим их наибольший диаметр d = В = Rcp, tg-
z
'Конструкция диска, а особенно дальнейшая корректи-
ровка положенных линз, требует помещения их в специаль-
ные оправки, шириной 7, что оставляет на полезное отвер-
2тс
стие линз диаметр d = Rcp. tg-----21.
z
Если задан диаметр линз d, то размеры диска вычис-
ляются по той же формуле, приведенной к виду
d = RGp. tg — — 21;
z
ср
2
Принимая соотношения сторон изображения на экране
или на диске, как это в настоящее время стандартизирова-
В 4
лось, — = —, и зная величину В — вычис-
Н 3
ляем Н, а по нему и радиальное смещение линз
88
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ПАСТЬ II
Для примера вычислим размеры диска для линз <1 = 23мм
2/=2 мм, при z — 60.
25 3
/?ср. =----— 238 мм или D = 476 мм, Н=—Б — 18 мм и
tg6° 4
А 18
Дг —----= 0,3 мм.
59
На практике расчет линзового диска связан, главным
образом, с размерами источника модулированного света и
тем изображением, которое необходимо получить на экра-
не. Источник модулированного света проектируется каждой
линзой диска на экран в увеличенном виде, занимая элемен-
тарную площадку, размеры которой зависят от фокусного
расстояния линзы, ее растояния от источника b и до экра-
на а.
Размеры диска и источника света, а также параметры
линз должны быть таковы, чтобы строки первичного раз-
ложения на экране не перекрывали друг друга или перекры-
вали лишь в допустимом процентном соотношении, что по-
лучится, если соблюдены их геометрические зависимости.
Пусть источник имеет форму квадрата со стороной h. На
экране он будет воспроизведен в увеличенном виде со сто-
ронои
h' = h~ = h
b
f
Полная высота изображения на экране
H' = h'-z = h(~—l\z
\ / /
Тогда высота фиктивного изображения на диске
Н = Н’ • -Ь- = Нг • — — h ( — — z •-— = hz( 1-----Y
a-\-b a \ f j a \ a I
т. e. H равняется длине стороны источника, помножен-
м К f \
нои на число линз и на величину 1 -—- , которая может
\ a /
быть равна единице при весьма больших а. Так как ради-
А
альное перемещение линз Дг = то, подставляя вме-
z — 1
сто Н — hz[\---~
\ а
, получим, что перемещение линз в ра-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
89
диальном направлении должно совершаться на вполне опре-
деленную' длину, не равную стороне квадратика диафраг-
мы Л источника модулированного света:
Дг
В большинстве случаев линзовые диски работают при
наличии перекрышки между строками, которая допускает-
ся до 40%, что приводит к такому же процентному умень-
шению высоты Н' изображения на экране, а также и Н на
диске. Радиальное перемещение линз будет в этом случае
меньше и выразится зависимостью'
где W—% перекрышки (20, 30 или 40%), /?-
роны диафрагмы источника света и z — число
- длина сто-
строк. Фор-
мула смещения линз
показывает, что
правильное и неискаженное (в отношении перекрытий) изоб-
ражение получается только с вполне определенного расстоя-
ния до экрана а, при котором можно пренебречь — по срав-
fl
нению с единицей. При уменьшении этого расстояния до
значений, при которых нельзя пренебречь величиной —
а
по сравнению с единицей, прежняя величина Az окажется
слишком большой и на изображении появятся черные поло-
сы. Наоборот, если диск был рассчитан на слишком ма-
лое с уже допущенной перекрышкой строк на экране, поме-
щенном на небольшом, сравнительно, расстоянии, то при
дальнейшем удалении экрана, эта перекрышка возрастет еще
более и изображение будет нечетким, хотя и больших раз-
меров.
Та же формула, выведенная для смещения линз
Дг = Л—Ц-(1
z — 1 \
может служить для расчета размеров источника модулиро-
ванного света для уже изготовленного диска, для. которого
90
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ П
заданы Дг, z и /. Сторона квадратика освещенного отверстия
и сто ч ник а выразится
. . 2—1 а
h = &r-------------
Из этой формулы видно, что если размеры поверхности
источника сравнительно с Дг велики, можно все же полу-
чить правильное изображение на небольшом расстоянии от
z — 1
диска. Так, например, при а = 2/; л=^2Дг, так как -------
z
(29 89
—, —
30 90
119
---- ит.д.
120
Как будет выяснено ниже, такой метод приема иногда до-
пустим для получения более ярких изображений*
Размеры изображения на экране определяются увеличе-
нием линзами диска фактического изображения И X В,
а
каждая сторона которого будет увеличена в — раз. Иначе
b
g2 / a 'i2
ГО<ВОрЯ,«$экр. == $надиске * ИЛИ «$экр. ===*5диск. * (' 1 I ’
Ь2, \ / 7
при a = 2f изображение на экране будет тех же размеров,
что и на диске, и при этом можно применить более круп-
ный источник модулированного света со стороной диаф-
рагмы h = 2Дг, как это видно из формулы
Перейдем теперь к яркости изображения на экране. Из
расположения линз на диске, начальной и конечной, нахо-
дящихся по концам диагонали фиктивного изображения
Н X В видно, что для того, чтобы эти линзы, а с ними и все
промежуточные, были освещены все время, необходимо,
чтобы свет от источника покрывал окружность, описанную
вокруг начальной и конечной линз. Диаметр 8 этой окруж-
ности равен 8 = V Н2 -ф В2 -ф Считая, что диаметр линз
взят наибольшим, т. е
получим выражение
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
91
для диаметра освещенной части диска
2к
и полагая попрежнему, что
3 = 2,25В = 2,25/?ср. tg
Размеры этой окружности важны, так как она является
основанием конуса лучей света, исходящего из источника,
и определяет его угол расхождения лучей. Таким образом
вторым основным требованием к источнику света при рабо-
ISOHdeHCOPl тдтор
одъекти^
точечная
лампа
*
линз, й диск
экран
Рис. 55. Работа линзового диска на параллельном пучке лучей от
источника
те линзового диска является вполне определенный угол 2 а
расхождения лучей, наибольшее значение которого зависит
от фокусного 'расстояния и диаметра линз:
arctg
Это соотношение выведено для стандартного кадра Н/В~
= %. Если отношение сторон изображения другое,- Н:В~-
— К, то
В — ( 11) d и угол а = arctg
Величина
есть относительное отверстие линзы, поэтому
можно считать для краткости, что угол а есть
d
arctg
Только при этом условии яркость изображения прибли-
зительно сохранится по краям экрана. На деле, при распо-
ложении рабочей части диска в конусе расходящихся лучей
92
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II,
источника, мы всегда будем иметь ослабление яркости эле*
ментов, находящихся на краю экрана, ввиду того, что коли-
чество света, падающего на крайние линзы, меньше, чем на
центральные, и вследствие появления так называемой «ко-
мы», характеризующей искажение изображения источника
вследствие наклона лучей к оптической оси линзы. В прос-
тых приемных устройствах с линзовым диском не приме-
няется никаких мер для борьбы с этими недостатками. В бо-
лее точных приборах применяется работа линзового диска
в пучке параллельных лучей (рис. 55). Для этой цели источ-
ник модулированного света ставится в главном фокусе кон-
денсорной линзы, диаметр которой равен по крайней мере
S окружности, охватывающей крайние линзы диска.
Свет выходит из конденсорной линзы параллельным пучком,
и все линзы диска находятся в равных условиях освещения.
Каждая линза диска создает в своем главном фокусе увели-
ченное или уменьшенное изображение источника, размеры
которого зависят от расстояния b источника до конденсора
и фокусного расстояния f всей системы конденсора +
линза диска. Такая система подобна толстой двояковыпук-
лой линзе с различными радиусами кривизны, фокусное рас-
стояние которой выражается1 через fr и f2 — фокусного рас-
tf । /1 /2
стояния составных линз: / = 4-—}~, где ц — по-
казатель преломления стекла (р-= 1,5) и t — суммарная тол-
щина линз. Для ориентировочных подсчетов можно считать,
что h'—сторона изображения диафрагмы источника h будет
выражена: hf — /г, где /л есть фокусное расстояние
/«
линз диска, fk— фокусное расстояние конденсора. Размеры
этого изображения важны вследствие того, что смещение
линз не должно вызывать недопустимой перекрышки строк,
и в наиболее правильной форме выполнения радиальное сме-
щение линз Аг должно равняться А', т. е. — Если
диск уже изготовлен, то источник света к нему должен быть
вычислен по формуле h = Аг •
1л
В дальнейшем изображение, составленное из элементов,
спроектированных таким образом в главную фокальную
плоскость линз диска, и имеющее размеры HXJ3, (такое же,
как и поверхность между центрами крайних линз), должно
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
93
быть проектировано на экран. Для этого становится
дополнительный об’ектив, который' проектирует действи-
тельное изображение за диском, как самостоятельный ис-
точник света; при этом необходимо, чтобы все лучи света
попали в об’ектив. В большинстве случаев для этого потре-
бовался бы об’ектив слишком большого диаметра. Поэтому
лучи от изображения собирают сходящимся пучком, поме-
щая для этого плосковыпуклую линзу непосредственно на
изображении. После этого его проектирование совершается
б е сп р еп я т с тв е н н о о б ы чн ым о б ’ е кт ив о м. Е с л и и з обр аж ен и е
расположено точно на плоской поверхности концентрирую-
щей линзы, то эта линза не изменяет размеров изображения,
сводя только лучи света на об’ектив; проектирование на
экран дает тогда увеличенное изображение таких же разме-
ров, каких оно получилось бы при проектировании фиктив-
ного изображения диска НХВ, т. е.
Теперь мы располагаем всеми данными для вычисления яр-
кости изображения на экране. Световой поток, попадающий
на линзу диска от источника модулированного света, равен
приблизительно Фл = 53 й2 •
rcd2
4Й2
Освещенность одного элемента изображения на экране пред-
ставится в виде
эл. —
(величина Н выражается в метрах). По закону Тальбота
видимая яркость или освещенность экрана при движении
пятна в развертке уменьшается в п раз, где п число эле-
ментов
/ / \2
Если можно положить, что ------~j — 1, то получим упро-
щенное выражение
94
основы’ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ п
1
Н В'
здесь h — выражено в сантиметрах и Н и В в метрах. За-
мечая, что
1
НВ
есть площадь изображения на эк-
^й2 (Ьл)2
ране, а-----—-----световой поток, попадающий на одну
линзу, получим, что освещенность экрана при синтезе изобра-
жения будет такова, как если бы весь поток, попадающий в
одну линзу, сразу распределялся на весь экран. Поэтому уве-
личение числа элементов только в том случае не внесет умень-
шения яркости экрана, если по размерам диаметр линз и
их оптические свойства не меняются. Это приводит к не-
избежному во всем механическом дальновидении выводу,
что увеличение числа элементов, связано с увеличением
размеров диска или иной вращающейся' части механизма,
несущей на себе отдельные оптические системы, дающие
разложения строки. В выражении освещенности экрана по
формуле £экр
Н-В не учтены опти-
ческие потери: 1) на поглощение света в стекле и отраже-
ние от поверхности линз, 2) появление «комы» на
изображении элемента и 3) на изменение светового по-
тока при смещении линз от перпендикуляра из источника на
диск. Поглощение в стекле может быть учтено на табл. 2,
явление комы дает при небольших углах около 5—7% по-
терь, а потери на изменение освещенности линз уничтожа-
ются применением конденсора перед источником, как было
указано выше. Потери на поглощение в этой схеме возрас-
тут ввиду большого числа стекол, но> освещенность экрана
будет совершенно равномерной.
Применение простых плосковыпуклых линз для проек-
тирования изображения1 на экране сопряжено со- значитель-
ными оптическими искажениями, которые проявляются, глав-
ным образом, в затушевывании контрастности контуров ри-
сунка. Основными искажениями этого рода являются сфери-
ческая аберрация линз и кома при отклонении источника
света от оптической оси линзы. Ввиду того, что’ исправление
сферической аберрации могло бы быть достигнуто лишь за-
меной простой линзы целым объективом, что было бы слиш-
ком дорого, обычно применяют простые линзы, с допуще-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
95
нием небольших аберраций. Сферическая аберрация линзы
пропорциональна f линзы, вследствие чего применение очень
короткофокусных линз не рекомендуется. Опытом ЦРЛ най-
дено, что наилучшие результаты получаются с линзами, име-
ющими относительное отверстие не более 1/2,5. Явление
комы устранить еще более трудно, но оба вида этих иска-
жений несколько компенсируют друг друга, если выпуклая
часть линз обращена к источнику; именно в этом виде и
должны собираться линзовые диски.
Рис. 56. Линзовый диск ЦРЛ
Рис. 57. Телевизор с линзовым
диском
В конструктивном отношении линзовый диск устраива-
ется почти так же, как и диск Нипкова. Он представляет
собой алюминиевый диск с отверстиями для линз несколько
большими, чем сами линзы (рис. 56). Линзы в алюминиевых
оправках прикрепляются к диску винтами. Положение линз
должно быть совершенно точно как в отношении радиаль-
ного, так и углового смещения. С целью корректирования
их положения на периферии диска (на самом ребре), еще
при его изготовлении, делаются совершенно точные деления
(риски). Диск устанавливается на оси и последовательно фик-
сируется неподвижным стопором под различными углами к
положению* начальной линзы. Перед диском с одной сто-
роны ставится источник света с диафрагмой, соответствую-
щей размерам светящейся части точечной лампы, а с дру-
гой— белый экран, на котором начерчена вертикальная по-
96
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II.
Рис. 58. Общий вид телевизора с линзовым
диском
ло-са с делениями, соответствующими положениям освещен-
ного элемента по середине каждой строки. Поворачивая
диск с отпущенным стопором, изображение диафрагмы ис-
точника переводят на разделенную полосу экрана, после че-
го, застопорив^диск,
ослабляют винты
данной оправки, пе-
ремещают линзу в
правильное положе-
ние и закрепляют
винтом накрепко.
Чтобы такие переме-
щения были воз-
можны, отверстия в
оправках несколько
рассверливают.
Линзовые диски
различных конст-
рукций показаны на
рис. 57 и 58. Увеличе-
ние яркости элемента изображения на экране, без изменения
яркости источника, возможно только при увеличении поверх-
ности линз. Ввиду того, что круглые линзы не могут
иметь диамет-
ра d, большего
В, то некото-
рые авторы
(Дженкинс) ус-
траивают диск
из обрезанных
больших линз,
увеличивая их
поверхность в
радиальном от-
ношении (рис.
59), но в дей-
ствительности
такая система
может дать
только незна-
чительную вы-
году, так как
источник света
должен давать
конус света,
Рис. 59. Линзовый диск Дженкинса
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
97
покрывающий начальную и конечную1 линзы одновременно,
и значительная часть его света пропадает, не будучи воспри-
нятой обрезанными частями линз.
Кроме этой конструкции Дженкинс предложил весьма
интересный вариант линзового диска, хотя и несколько до-
рогой по своей конструкци. Он изображен на рис. 60.
Линзы располагаются по окружности, без смещений их
к центру, но каждая из них снабжена приклеенной призмой
Рис. 60- Линзовый диск Дженкинса
отклоняющей оптическую ось на такой угол, какой полу-
чился бы при смещении простой линзы. Таким образом толь-
ко одна линза из всей серии — простая (именно линза сере-
динной строчки), все остальные снабжены призмами, откло-
няющими луч вверх и вниз. В смысле выигрыша света эта
система ничего не дает, так как конус света точечного ис-
точника должен иметь ту же базу на линзовом диске, как и
в простом, описанном выше.
Очень интересный вариант представляет собой комби-
нация линзового диска с диском Нипкова (рис. 61).
В этом виде линзовый диск также может считаться изо-
бретением Нипкова, хотя значительно позже были взяты па-
тенты на это же устройство и другими авторами.
Нипков предложил помещать линзу перед каждым отвер-
стием его диска так,. чтобы изображение источника света
совпадало с отверстием, это давало больше света в отвер-
стии, и изображение становилось более ярким. Дополни-
тельные линзы крепятся на специальном диске, спаренном
7 Основы дальновидения
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ П
вместе с диском с отверстиями. Подобная система применя-
лась лабораторией Беллсистем в 1930 г. для непосредствен-
ного наблюдения изображений на диске в их системе дуп
лексного дальновидения и не имеет выгоды для проектиро
вания на экран, так как аберрация линз настолько велика
Рис. 61. Комбинация линзово:о диска с диском Нипкова
ис- 62. Цилиндр с яшмами
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
69
что значительная часть света не попадает в отверстие, и про-
ще применять обычный линзовый диск и модулированный
источник света, с резко очерченной диафрагмой. Качество
изображения на спаренном диске такое же, что и на диске
Нипкова, иначе говоря, наилучшее из всех систем разложе-
ния при данной четкости.
Вместо расположения линз на диске для разложения
изображения иногда линзы помещаются на цилиндре
(рис. 62). В оптическом отношении такая система не имеет
никаких преимуществ перед линзовым диском, но в неко-
торых случаях является более удобной в конструктивном
отношении.
Линзовый барабан этого типа был осуществлен в систе-
ме дальновидения фирмой «Граммофонная К0».
6. Зеркальное колесо Бейлера
которой составляют плоские зер-
Рис. 63. Зеркальное колесо Бейлера
Зеркальное колесо Вейл ер а представляет собой много-
гранную призму, стороны
кала, отличающуюся от
геометрической призмы
тем, что каждое зеркало
слегка наклонено к оси
призмы, и угол накло-
на равномерно и про-
порционально возрастает
от зеркала к зеркалу
(рис. 63). Если такую
призму поместить на оп-
тической оси какого-либо
объектива или линзы, то
изображение, даваемое
этим об’ективом, будет отклонено в зависимости от по-
ложения зеркал. Вращение этого устройства создает
движение изображения по строчкам, а смена строк
осуществляется постепенным отклонением каждого зерка-
ла по отношению к оси вращения призм. Подобно диску
Нипкова или линзовому диску зеркальное колесо может
быть применено для приема изображения с проектирова-
нием на экран и в передающем устройстве с бегающим
лучом или для прямого видения, или для передачи кино-
фильмов. В последнем случае, при работе с непрерывным
движением пленки, зеркальное колесо устраивается в виде
совершенно правильной призмы с плоскими зеркалами
параллельно оси вращения, так как смена строк совершается
движением самой кинопленки.
7*
100
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ п
Вращение зеркального колеса вызывает движение отра^
женного луча в пределах определенного угла, который зави-
сит от числа зеркал, и так как смена строк происходит вслед-
ствие различного наклона каждого зеркала к оси вращения,
то в простом колесе Вейлера число строк изображения рав-
няется числу зеркал. Как можно видеть из чертежа (рис. 64).
Рис. 64. Ход лучей в системе с колесом Вейлера
угол, на который отклоняется луч, равняется 2 ---, т. е.
2
удвоенному центральному углу а стороны многоугольника
Если I — расстояние от колеса Вейлера до экрана, то
длина одной строчки MF будет ME =£> ~ 2/ tg а = 21 tg-.
z
В ысота изображения зависит от отклонения луча в напряг-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
101
лении, перпендикулярном первому, которое получается вслед-
ствие постепенного- изменения наклона зеркал к оси вра-
щения. Если угол между первым и последним зеркалами есть
% то в перпендикулярном отношении луч отклонится так-
же на угол 2(3. Тогд1 получим что NO= Н =21 tgp. Обыч-
но отношение сторон изображения на экране известно,
В tg а
тогда мы имеем — =
н tg?
Таким образом геометрические
размеры колеса Вейлера, построенного на определенное от-
ношение сторон изображения В,Н, остаются фиксированными
так же, как и число строк (зеркал), и каждое колесо годится
для приема изображений только определенных стандартов
,и определяется формулами:
1) число строк г— числу зеркал;
2л:
2) угол (центральный) между зеркалами а =——;
7
3) Наибольший наклон последнего зеркала к оси
4) угол наклона между смежными зеркалами
0 р Н 2^
1 z В z'
Получение изображения дальновидения на экране осу-
ществляется во всех системах проектированием одного эле-
мента изображения, которым служит освещенная модулиро-
ванным светом диафрагма источника света и перемещением
этого пятна при помощи механизма синтеза изображения.
Размеры элемента на экране обусловливают перекрышку или
появление темных полос между ними и должны быть точно
определены. Диафрагма источника (рис. 64), проектируется
линзой L на экран, после отражения от одного зеркала ко-
леса Вейлера и должна иметь размеры*, определяемые зави-
симостью
где b
расстояние линзы до
диафрагмы, f—фокусное расстояние L, из чего видно, что
. при заданных размерах изображения (Н, В, Z) величина эле-
мента на экране может быть подобрана с изменением b или
f линзы. Этот вывод является впрочем самоочевидным, так
как при наличии колеса Вейлера происходит обычное про-
ектирование источника света на экран, но лишь через до-
полнительное отражение от зеркала.
Перейдем теперь к особенностям работы зеркального
колеса, вследствие которых возможны искажения изображен
102
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
ния. Первое и наиболее часто встречающееся искажение, это
влияние дополнительного отражения от передней поверх-
ности стекла зеркала. Обычно зеркала серебрятся с задней
стороны стекла, но передняя часть дает также отражение
около 8% падающей энергии. Изображения, полученные
после отражения от такого зеркала, оказываются двойны-
ми и сдвинутыми на некоторое расстояние, зависящее от
толщины стенки зеркала и угла падения лучей. Величина
размытости определяется формулой
d
V = — sin 2у мм,
v
где d — толщина стекла, v — коэфициент преломления стек-
ла, 7 — угол падения лучей. При зеркале d=3 мм, v=l,5,
Y=20o получим размытость около 1,4 лш, что весьма су-
щественно при небольших экранах. Ввиду этого колеса Вей-
лера устраивают иногда с металлическими зеркалами наруж-
Рис. 65. Работа колеса Вейлера в параллельном пучке лучен *
кого серебрения или хромирования, что, однако, оказыва-
ется неудобным при регулировке устройства, так как в ме-
таллических зеркалах возможны деформации от изменения
температуры и изменения упругих натяжений. Вместо такого
способа устранения размытости применяют также работу
колеса Вейлера в параллельном пучке лучей (рис. 65). После
первой линзы L<, в главном фокусе которой находится ос-
* Положение зеркал колеса Нейлера на рис. 65 неточно.
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
ЮЗ
вещенная диафрагма источника, лучи света идут параллель-
ным пучком. Отражаясь от зеркал колеса Вейлера таким же
параллельным пучком, свет попадает на вторую линзу
в главной фокальной плоскости которой находится экран.
Расстояние до экрана ют линзы Ь2 равно, 'следователь-
но, f2, а потому размеры изображения на экране определя-
ются следующими выражениями:
z
Если заданы размеры изображения на экране Н • В,
то линза L2 определяется, в основном, своим фокусным
расстоянием /2
или приблизительно /2 =
Отражение параллельного пучка лучей от зеркал колеса
размытости не вызывает, так как оба изображения от
обеих поверхностей стекла зеркала накладываются одно на
другое .без смещения.
Следующий вид геометрических искажений изображения
заключается в искривлении строк, близких к верхнему или
нижнему краям экрана. В самом деле, благодаря наклону
зеркал по отношению к оси вращения всего колеса получа-
ется перемещение луча со строки на строку. Обозначая это
перемещение через Дй, расстояние от источника или линзы
до зеркала через а, от зеркала до зеркала через Ъ, Р. Мёллер
подсчитал, что Дй = 2b tg • cos о, где о — угол падения или
отражения луча к нормали зеркала. При вращении зеркаль-
ного колеса этот угол непрерывно меняется, и, следователь-
но, непрерывно меняется ДЬ.
Если свет от источника Гпадает на зеркало перпенди-
кулярно, и при этом происходит начало развертки строки
на экране (т. е. сам источник расположен на самом краю
2 к
экрана), то угол о меняется от 0 до ---. При крайнем по-
z
2 г
ложении получим некоторое изменение Ah —2b tg3cos——.
z
Следовательно, Дй зависит от числа зеркал z, и тем меньше
по величине, чем больше зеркал. Ввиду этого зеркальные
колеса Вейлера не дают вполне хороших результатов при
малом числе зеркал. Так как обычно между главной осью
Т2 и осью Lx имеется % то изменение Ай выразится дй
= 2b tg 3 cos (о ф
104
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
Как видно из чертежа (рис. 67 и 69), пучок света от ис-
точника должен покрывать сразу два зеркала, на колесе, в
противном случае яркость пятна на экране будет слабеть по
мере того, как часть зеркала будет выходить из пучка лу-
чей линзы или L2. Поэтому размеры зеркал на колесе и
диаметры линз взаимно связаны следующим простым соотно-
шением d = У Л2
рона зеркала более длинная, Ь3
46л2, где b — диаметр линзы, h3 — сто-
сторона зеркала более ко-
роткая, считая, что площади двух зеркал образуют квадрат,
вписанный в круг диаметра d линзы.
Итак мы имеем еще следующие вычислительные дан-
ные оптической системы колеса Вейлера:
В • z
1) фокусное расстояние линзы L25 /2 —
2) диаметр линзы L2; d— 'Vh*-Srb? ;
3) размеры зеркал /?3 и Ь3 должны быть таковы, что
/г3 = 263;
4) сторона зеркала Ьл и диаметр D окружности, вписан-
ной в многоугольник (т. е. цилиндрического основания, к ко-
торому крепятся зеркала), получится по уравнению •
Конструктивные расчеты зеркального' колеса основыва-
ются, следовательно, в конечном итоге на выборе диаметра
Рис. 66. Расчет световых потерь в колесе Вейлера
самого колеса, который определяет площадь и количество
света, отражаемое им. Поэтому надлежит выяснить, какое
количество света достигает экрана, и какова будет его ос-
вещенность при данной яркости источника модулирован-
ного света. Предположим (рис. 65 и 66), что колесо Вейлера
работает в параллельном пучке лучей между линзами L2 и L3,_
и что источник модулированного света освещает диафраг-
му через линзу Lx. Поток света, излучаемый источником с
постоянной яркостью во всех направлениях (по закону ЛамЛ
(терта), выражается, как уже выяснилось ранее, через
Фо =
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
105
где ф—яркость источника и о—его поверхность. На лин-
зу Ц попадает поток Ф = тгФозт2а(по формуле на стр. 74),
который затем концентрируется на диафрагме в виде дей-
ствительного изображения источника. Если поверхность изо-
бражения источника света на диафрагме есть s, то имеет ме-
сто следующее соотношение:
Предположим, что диафрагма s, меньше изображения s,
что, очевидно, должно' быть, так как иначе ставить диафраг-
му не имеет смысла. Тогда поток Ф, пройдет через ди-
афрагму $! не полностью. Поток, вышедший из диафрагмы
Sj будет Ф2 = Ф1 —
Ф2 = п® sin2 а • Sj
Этот поток также не дойдет до экрана полностью, так как он
должен перекрывать одновременно два зеркала колеса. В
противном случае, в крайнем положении зеркало выйдет из
потока, и элемент изображения станет гаснуть. До экрана
дойдет, следовательно, поток
Фэкр.- Ф2 ’
4hb
^2 *
ТО4
hb — есть поверхность зеркала колеса,
— площадь круга,
занимаемая потоком на линзе 12. Если линза £2 точно пе-
рекрывается конусом света из диафрагмы sn то 8 может
быть равна диаметру линзы L.,, но в общем виде 8 не рав-
няется d . Очевидно, что-^ = /2tg?. Кроме того из чертежа
(рис. 66) видно, что b tga = atgft
Выражение для светового потока, достигающего экрана
примет тогда вид:
4л • ® sin2 a Sjl
2
* hb
• cos2 а • Si hb
экр.
106
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
Площадь диафрагмы примет на экране увеличенные раз-
меры $2;
кроме того
52 —
Н — высота экрана, z— число строк. Тогда
и* cos2 а Н2 • hb
Фэкр. = —-------------------------——-------- .
Этот световой поток, приходящийся в статическом состоя-,
нии на один элемент, распространяется пои вращении ко-
леса на всю поверхность экрана, равную НВ. Следовательно
его освещенность Е будет:
в — экр-
НВ
Таким образом мы имеем:
- 93 COS2 а • Н2 • hb
93 cos2 а • hd
так как
НВ • z2f/
И//
Z = и.
Но выше было получено выражение
тогда получим окончательно
16т:2 • 93 ' cos2 а • hd
nB2z2
16т;2 - 93 • cos2 а hd
НВ п*
Отсюда видно, что освещенность экрана прямо пропорци-
ональна яркости источника, поверхности зеркала и обратно
пропорциональна поверхности экрана и квадрату числа эле-
ментов изображения. В это выражение не входит явно отно-
сительно отверстие линзы, но лишь площадь зеркала hd, что
и понятно, так как hd само по себе связано с диаметром лин-
зы Ц, которая должна перекрывать два зеркала одновре-
менно, и, следовательно, размеры линз введены предыду-
щими условиями построения самого колеса Вейлера.
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
107
В конструктивном отношении колеса Вейлера выполня-
ются в форме алюминиевых цилиндрических станин, на ко-
торых весьма крепко привинчиваются зеркала в металличе-
ских оправках. Был предложен целый ряд различных кон-
струкций для крепления зеркал и юстировки (рис. 67), вви-
ду того, что положение их должно быть фиксировано с
большой точностью и должно допускать возможность из-
менения его во время регулировки. Все это привело к тому,
что вся конструкция прибора получилась довольно сложной.
Рис. 67. Крепление зеркал
на колесе Вейлера
Рис. 68. Система I.M. С°.
а общая масса вращения очень значительной. В свою оче-
рерь последнее обстоятельство увеличивает момент инер-
ции системы и затрудняет ее синхронизацию вращения,
требуя значительной мощности от синхронных мостов.
Другим весьма существенным недостатком колес Вейлера
является то, что они теряют свою оптическую регулировку
ввиду большой центробежной силы, действующей на креп-
ление зеркал. Все это привело к тому, что, несмотря на
большие оптические преимущества, для проектирования
изображения на экран (возможность увеличения яркости
изображения за счет увеличения поверхности плоских зер-
кал), их применение было весьма ограничено и не получило
108
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ П
дальнейшего развития даже в работе фирмы Телефункен
(Каролус), усиленно пропагандировавшей это устройство в
1930—1932 гг.
7. Новые зеркальные системы разложения изображения
Система «1.М.С0 Ldt». Основные отрицательные свойства
колеса Вейлера и большого диска Нипкова, состоящие
в наличии больших вращающихся масс и трудности синхро-
низации, устранены весьма остроумным способом в сис-
теме «/.М.С°», в которой зеркальная система или цилиндр с
отверстиями неподвижны, а изображение само перемещается
по отверстиям при помощи вращающейся призмы полного
Рис. 69. Система /,М.С° (п. ием)
внутреннего отражения на главной оптической оси об’ек-
ти-ва. На рис. 68 показан основной принцих этого устройства.
Изображение предмета 7 отбрасывается об’ективом 2 и приз-
мой 3 на внутреннюю стенку цилиндра, в котором имеются
отверстия 5. Призма или зеркало 3 вращается мотором, и
изображение последовательно просматривается строчками,
как при развертке цилиндром с отверстиями. Между об’ек-
тивом 3 и зеркалом 3 помещается еще обращающая изобра-
жение призма 9, которая вращается вместе с зеркалом 3 тем
же мотором и находится на главной оптической оси сис-
темы. Свет от изображения, проходя через отверстия, по-
падает на кольцевой фотоэлемент, и все устройство может
служить для передачи дневного видения. Для приема изо-
бражений или для проектирования на экран эта система
видоизмененена согласно рис. 69, В данном сл^ае цилиндр
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОВРАЖЕНЙЯ
109
и мотор помещаются внутри конических зеркал, причем мо-
тор снабжается еще дополнительным зеркалом или призмой
на противоположном конце его оси. Свет от лампы 21 про-
ходит линзу 25, попадает на вращающееся зеркало 24, от
него на цилиндрическое зеркало 23—22 и далее сквозь от-
верстия цилиндра на зеркало 3, от которого уже проекти-
руется на экран. Та же система может быть применена для
передачи прямого видения с простым фотоэлементом, по-
мещенным вместо лампы 26.
Рис. 70. Общая оптическая схема передатчика /. М. С°.
Система 1.М.С° весьма оригинальна по замыслу, но не
может считаться оптически экономичной ввиду большого
числа отражений и преломлений в стеклах и призмах (пол-
ная -схема передатчика этой системы представлена на рис. 70).
Обращающая призма 9 между стенками об’ектива враща-
ется во втулке 27 при помощи колеса Лакура 30 и статора 28.
Это вращение совершается с половинной скоростью' мото-
ра 3/, на валу которого находится призма 29.
8. Умножение строк в системе Бартельми
Для получения разложения изображения с большим
числом строк Бартельми предложил совершать это разложе-
ние изображения при помощи дополнительного отражения
от системы неподвижных плоских зеркал с тем, чтобы луч
no
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ, ЧАСТЬ и
от колеса Бейлера, совершая движение по одной строке, про-
ходил это движение лишь до половины строки, а затем от-
ражался к началу второй строки (рис. 71). Следующая стро-
Зеркальное колесо
Вей лера на -£ зеркал
Система
плоских зер-
кал
Рис. 71. Принцип умножения строк Бартельми
ка начинается с третьей, и за один поворот колеса на угол
2п
— цаст еще две строки, что вообще увеличивает их чис-
ло. Число элементов разложения увеличивается, однако, при
этом только вдвое. В самом деле, при нормальной развертке
В ь
имеем п = -—z2; по системе Бартельми получим:
ffj = ~-4z2 = 2/z,
2Н
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
ш
при этом получается весьма неудобный формат изображения,
что, впрочем, можно уничтожить соответствующей регули-
ровкой зеркального колеса.
9. Система колеблющихся зеркал
Вращение колеса Бейлера, создающее сразу две -коорди-
наты-развертки (все изображение за один оборот), может
быть' заменено эквивалентным движением одного лишь.зер-
кала. Таким механизмом, по мысли многих изобретателей,
мог служить шлейфный осциллограф или комбинация двух
таких осциллографов, дающих перемещение светового луча
по двум координатам. Од-
нако, применение такой си-
стемы ограничилось лабо-
раторными опытами, из ко-
торых наиболее серьезным
является кинопередатчик
д-ра Зворыкина, построен-
ный им в 1929 г. в лабора-
тории фирмы Вестингауз.
В этом устройстве осцил-
лограф давал движение пят-
на только по строчкам, сме-
на которых производилась,
как обычно, движением са-
мой ленты (рис. 72). Одна-
ко, само разложение здесь
было синусоидальное, и при-
72. Кинопередатчик Зворыкина
со шлейфным осциллографом
ем производился на катод-
ную трубку. Неудобство СИ-
нусоидального разложения,
а главное небольшая светосила зеркальца осциллографа,
сильно ограничивают применение этого вида механизма раз-
верткой, несмотря на то, что в основном он имеет большие
удобства. Опыты в лабораториях не шли далее 30—50 строк
разложения, более же точная разработка не производилась.
Подобным же образом устроена система разложения
Какурина (рис. 73). В этом устройстве железная крестообраз-
ная пластинка подвешена вместо мембраны под четырьмя
электромагнитами, по которым идет переменный ток частоты
строк и кадров. Пластинка совершает синусоидальные дви-
жения в обеих координатах. Зеркальце, наклейное на плас-
тинку, отражает рабочий луч на передаваемый обект или на
экран для синтеза изображения. Этот механизм обладает те-
112
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
ми же недостатками, что и шлейфный осциллограф, т. е. мо-
жет давать, главным образом, синусоидальную' развертку, а
момент инерции 'пластинки настолько велик по сравнению с
моментом зеркальца осциллографа, что возможность приме-
ни
Рис. 73. Система с колеблющимся зеркальцем Какурина
нения большого числа строк весьма ограничена. Поэтому
механизмы с вибрирующими зеркальцами не получили
практического развития.
10. Система Ми хал и
Кро»ме перечисленных систем, германским изобретателем
Михали был построен в последнее время еще приемный ап-
парат с механизмом развертки, аналогичным патенту /.М.С°
(рис. 74 и 75). В приборе Михали движущейся частью явля-
ется зеркальная пластинка, посеребренная с двух сторон,
отражающая луч модулированного света на ряд неподвиж-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
113
ных плоских зеркал и расположенная по кругу,
помещена в центре этого круга
дое зеркало от пластинки и
каждое же неподви-
жное зеркало откло-
нено, как в колесе
Вейлера на угол, со-
ответствующий сме-
щению по строкам.
Прибор системы Ми-
хали был построен
в 1933 г. и в том же
году был выставлен
на Берлинской вы-
ставке и дал очень
хорошие результа-
ты.
Пластинка
и свет попадает на каж-
совершает движение по строчке,
£
(Ий
Рис. 74. Система Михали с неподвижным
кольцом зеркал
А
Рис. 75. Система
Михали с^неподвижным кольцом зеркал
11. Зеркальный пинт
К системам разложения изображения, работающим на
отражении света от зеркал, относится весьма ценный меха-
низм, получивший большую популярность в наше время, так
называемый зеркальный винт (рис. 76). Он изобретен
Околишани (Ocoliszany)' в 1930 г. (Брит. 'пат. № 364003
21/VIII 1930 г.) и представляет собой стопу металлических
или стеклянных пластинок толщиной 1—2 мм, прямоуголь-
ной формы, насаженных на ось. Каждая пластинка 'поверну-
та на угол —, где z— число пластинок. Одно ребро каж-
дой пластинки высеребрено и должно представлять собой
8 Основы дальновидения
114
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
совершенно плоское зеркало. На некотором расстоянии перед
винтом помещается щелевой источник модулированного
света, изображение которого наблюдается в одной из плас-
тинок, помещенной также
на определенном расстоянии от
винта. Сочетание узкого зерка-
ла пластинки с перпендикуляр-
ной к ней узкой щелью источ-
ника дает впечатление одного
элемента изображения. При вра-
щении винта каждая пластинка
принимает различные угловые
положения, и изображение ис-
точника перемещается по длине
пластинки, которая осуществ-
ляет разложение по строчке; сле-
дующая пластинка создает вто-
рую строчку и т. д.
Таким образом все
изображение имеет
столько строк,сколь-
ко имеется зеркаль-
ных пластинок, и ви-
димая поверхность
изображения равна
Рис. 76. Зеркальный винт ~~ ^ЛНОЙ поверхности
зеркальной части
пластин. Зеркальный винт представляет собой прибор весь-
ма компактный, позволяющий, на первый взгляд, осуще-
ствить разложение на большое число строк, стоит только
увеличить число пластинок. В действительности, число1 пла-
стинок при обыкновенных плоских зеркальных поверхно-
стях, ограничивается многими геометрическими факторами.
Прежде всего следует обратить внимание на то (рис. 77),
что расстояние, с которого рассматривается изображение на
винте, зависит от расстояния щелевого источника до винта.
Пусть а—расстояние от винта до глаза А наблюдателя,
Ъ — расстояние источника света Lo до винта, d — видимое
расстояние между двумя положениями светящейся точки на
зеркальной пластинке в ее крайних положениях. Угол между
смежными пластинами равен
2тс
а =----------------------------,
z
следовательно,
d d aA-b гт
2а= ; кроме того——---—. Подстав 1яя в это выраже-
b Ba
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
115
ние значение для d —2а
Ь, получим
2а___
В а Ь
откуда
4тс
а b
Считая В — шириной изображе-
ния, равной длине пластинки, мы
видим, что а и b тесно связаны
с размерами винта и не могут
меняться. Если представить эту
зависимость между а, b н В в
a -j- b 4п
виде -—1, то можно
ab Вг
заключить, что положения источ-
ника света и глаза наблюдателя
являются сопряженными точками
некоторой оптической системы
(винта), аналогичной вогнутому
зеркалу. Величина
4~
Bz
может
о
Рис. 77. Ход лучей в зеркаль-
ном винте
быть уподоблена — в системе
вогнутого зеркала, главное, фо-
кусное расстояние которого t
Bz . . .
есть ——, но сходство обеих систем, конечно, чисто фор-
мальное. Более точное выражение для длины винта дается
формулой.
„ __ 4^ ab 1
z a-\-b sinp’
где Р — угол, образуемый направлениями на винт со сто-
роны источника и глаза. В вертикальном направлении винт
должен освещаться источником достаточной длины, которая,
как видно из чертежа (рис. 78), равна
а
где Н — высота винта. Из этой формулы видно, что размеры
щелевых ламп -получаются весьма значительные при увели-
чении расстояния между источником L и винтом, что необ-
8*
Ц6 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ П
ходимо должно быть ’при увеличении числа строк z. Чтобы
исправить этот недостаток системы, лабораторией «Фернзее»
положение
глаза
наблюдателя
Рис. 78. ХоД лучей в зеркальном винте
предложен винт из плоских пластинок, зеркальная часть ко-
торых наклонена in о
Рис. 79. Зеркальный винт
отношению к оси вращения, так что
всеми пластинками образуется по-
верхность вогнутого цилиндрического
зеркала. При такой системе источник
света имеет длину не более Н—вы-
соты самого винта. Яркость изобра-
жения, получаемого при развертке
зеркальным винтом, достигается та-
кая же, как и во всех системах, по
закону Тальбота, т. е. равна —, где
п
— яркость щелевого источника в
стильбах.
Конструктивно зеркальный винт
выполняется из металлических плас-
тинок (например, из нержавеющей
стали), причем отражающая поверх-
ность должна быть весьма совершен-
ным плоским зеркалом (рис. 79).
Применение стеклянных пластинок
вполне возможно и дает довольно хорошие результаты
если зеркальная' часть покрыта тонким ’слоем бесцветного
лака, предохраняющего серебрение от потемнения, от окис-
ления. Латунные посеребренные пластинки дают мало-
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
117
удовлетворительные результаты ввиду мягкости латуни, не
позволяющей довести полировку пластинки до достаточно-
го совершенства.
Зеркальный винт должен быть собран совершенно точно
при помощи станка с делительной головкой и оптической
поверкой по отражению. В периоде сборки пластинки слег-
ка склеиваются, затем винт зажимается по оси вращения
гайкой, и все неотражающие части тщательно покрываются
матовым черным лаком.
Зеркальный винт, как система разложения изображения,
представляет собой механизм, предназначенный только для
приема изображений, так как изображения, даваемые им,
мнимые; для проектирования на экран он может быть при-
менен лишь с более сложными оптическими системами, что
не получило развития на практике. Простые зеркальные вин-
ты строились на! число1 строк от1 30 до 120, причем размеры
их задавались, в основном, конструктивными соображениями
возможного изготовления соответствующей щелевой лампы,
а также расстояниями ее до винта. Это последнее свойство
учитывается при выборе толщины пластинок, которые не
должны обнаруживать линий растра с точки наблюдения
изображения.
При разрешающей силе зрения, в 3' с расстояния а
толщина пластинки не должна представляться под большим
углом, чем указанная 3, что дает предельное число плас-
тин 90; при меньших углах, например 2', число пластин не-
много превысит 100; наибольшее число зеркальных винтов
было построено именно на 90 пластин.
Ступенчатый винт Уольтона. Уольтон вместо зеркаль-
ных пластинок применил прозрачные плосковыпуклые, ко-
торые расположены совершенно так же, как пластинки зер-
кального винта; винт, составленный из этих плосковыпук-
лых пластинок, представляет собой одну часть оптической
системы, другая часть которой имеет вид неподвижной
плосковыпуклой цилиндрической линзы. Источником света
служит щелевая лампа.
Система эта несколько запоздала своим появлением,
так как к моменту ее опубликования уже было широко раз-
работано катодное дальновидение, которое дает более гиб-
кое устройство для приема и более значительную яркость.
Эта система распространения еще не получила, хотя она
и сильно рекламируется фирмой Скофони (Scophon) в
Англии.
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ И
118
72. Общая сводка основных формул механических
разверток
Уравнение линии расположения отверстий на диске
R,„=*1 + vm-
Диаметр диска:
; О = 0,425^2;
сторона отверстия)
Число элементов изображения п = —z2.
Освещенность приемного изображения на диске
Р-- . ] Q4
-- 1 V ЛЮКС
п
Поток света, проходящий через отверстие при проек-
тировании изображения на диск:
кЕ
ДФ = — • 10~4 L2 • -Sj
4 и
2
4
• I?
— •
и
— относительное отверстие объектива; яз — яр
кость предмета.
Линзовый диск
Уравнение линии расположения центров линз
к
а*
2л
Наибольший диаметр линз
ер
2тс
Смещение линз к центру:
Z
МЕХАНИЗМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
119
Размеры источника модулированного света:
г. л n 2—1 а
h = &R--------------
Размеры изображения на экране:
„ „ ___Га Л2
Освещенность изображения на экране:
тов/г2 ,2 f ]а 1
— L » ~нв
-%-
Зеркальное колесо Вейлера
Число зеркал —числу строк z.
Размеры зеркал b = Dtg
(D — диаметр колеса) (Л — есть размер зеркала в направле-
нии, параллельном оси вращения колеса).
Угол
Угол
между зеркалами (центральный)
наибольшего наклона зеркала к
Н 2тг
оси
Угол
наклона между смежными зеркалами
Н 2к
Размеры изображения на экране
Параметры проектирующей линзы La
У??2 + 4b2
'Наибольшее отклонение
строки от прямой линии
2 к
ДА — 21 tg р cos
120
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ II
I — расстояние от колеса до экрана, ср — угол между пер-
пендикуляром на экране из центра колеса и оптической
осью проектирующей линзы.
Освещенность изображения на экране
Р__ 16тс2 • • cos2 0 • hd
~ НВп* '
Зеркальный винт
Число пластин — числу строк z.
Наибольшее число пластин Zma'x =
2тс
tgT
где ? = -г-, при К= Д11g / Вг формула остроты зрения:
I — сила света источника.
Толщина пластинки равна —.
z
Длина пластинки равна ширине изображения В.
D 4u аЪ
& =--------г~г>
z а-\-Ь
где а — расстояние от винта до источника света, Ъ — рас-
стояние от глаза наблюдателя до винта.
2тс
Угол между пластинками равен -----
z
&
Длина щелевой лампы L — H-\------
а
Освещенность приемного изображения на винте
КлЯ ю4
Е =---------,
п
где К — коэфициент отражения зеркальной пове рхности
пластинки и яз— яркость щелевой лампы (в стильбах).
ЧАСТЬ III
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
/. Фотоэлементы и их работа в дальновидении
Само собой разумеется, что основным и необходимым
органом всякого передающего устройства дальновидения
является приспособление, трансформирующее световую
энергию и электрическую'. Такие приборы называются «фото-
элементами», причем подобное название присваивается
устройствам не только газовым или чисто вакуумным, как
это было до недавнего' времени, но отчасти' и таким, в кото-
рых под влиянием света совершается движение электронов
в проводнике или полупроводнике. С точки зрения физиче-
ских явлений фотоэлементы классифицируются следующим
образом: 1) фотоэлементы внешнего фотоэффекта, 2) внут-
реннего фотоэффекта, 3) вентильного типа и 4) фотоэле-
менты по эффекту Беккереля. Все указанные, физически раз-
личные типы фотоэлементов в настоящее время практически
вполне разработаны, и их применение ограничивается лишь
их индивидуальными свойствами.
2. Фртоэлементы внешнего фотоэффекта
Явление, на котором базируются фотоэлементы внеш-
него фотоэффекта, заключается в следующем. Если в цепи
постоянного тока образовать разрыв, присоединив к концам
цепи две металлические пластинки, находящиеся в чистом
вакууме, то, освещая поверхность одной из пластин (отри-
цательной), можно наблюдать в цепи прохождение весьма
слабого тока. Такой опыт был произведен с пластинками в
воздухе проф. Столетовым в 1890 г. (рис. 80) и может счи-
таться первой демонстрацией настоящего фотоэлемента про-
тотипа современных, на основании которого был намечен
122
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ III
путь к исследованию фотоэлектричества. Фотоэлементы в
дальнейшем изготавливались и разрабатывались многими ис-
исследователями; особенно близкая к современной конструк-
ция их, основанная на изучении роли вакуума, была дана
Эльстером и Гейтелем (в
1909 г.), а самое явление
фотоэффекта было изучено
во многих лабораториях
(рис. 81). Теория фотоэф-
фекта базируется на новом
Рис. 81. Фотоэлемент внеш-
него фотоэффекта
Рис. 80. Опыт обнаруже! ия
фотоэффекта
представлении о строении вещества, тесно связанном с те-
орией квант. Ввиду того, что эта последняя представляет
собой довольно1 сложный отдел современной физики, здесь
будет затронута только та ее часть, без которой невозможно
ясное представление работы вакуумных и газовых фотоэле-
ментов.
В принципе в теории квант является основным представ-
ление о прерывистом излучении энергии, совершающемся
целыми порциями величиной в 6,57 X 10 —27 v эрга/сек., где v
есть частота, присущая данному виду энергии. Такими же
квантами совершается излучение световой энергии, для ко-
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
123
торой частота v есть (переменная величина в зависимости от
спектрального состава света. Красные лучи имеют частоту
меньшую, чем другие цвета видимого спектра, для которых
самая высшая лежит в фиолетовой области. Эйнштейн пред-
положил, что квантовый механизм переноса энергии остается
справедливым и для работы вылета электронов из метал-
лических поверхностей, под влиянием света, так как все
предшествовашие опыты с фотоэлементами показали, что
число электронов, вырванное с единицы освещенной поверх-
ности, пропорционально интенсивности освещения, а мак-
симальная энергия вылетевших электронов определяется мак-
симальной частотой света и не зависит от его яркости. Под
действием поглощаемых металлической (поверхностью кван-
тов света электроны выделяются в тем большем количестве,
чем больше количество- этих квантов и чем -выше их час-
тота. Однако, следует заметить, что атомы, составляющие
вещество поверхности освещенной пластинки, теряют свои
электроны тоже при вполне определенных условиях. По те-
ории Бора атомы имеют структуру, подобную миниатюрной
солнечной системе, и состоят из положительно заряженного
ядра, вокруг которого вращаются по замкнутым орбитам
электроны. Таких орбит может быть несколько, и на каждой
орбите может находиться один или даже несколько электро-
нов. Атомная система Бора отличается существенно от ее
солнечной аналогии тем, что электроны под действием каких-
либо причин могут переходить с внешних орбит на внутрен-
ние; при этом происходит излучение энергии с частотой, со-
ответствующей скорости обращения электрона. Обратимость
этого явления и составляет сущность закона Эйнштейна.
Именно под влиянием кванта энергии света определенной
частоты электрон покидает атом с соответствующей ско-
ростью, причем выделение это произойдет лишь при опре-
деленных частотах кванта. Это подтверждается наблюде-
нием, что выделение фотоэлектронов преимущественно про-
исходит при освещении определенным цветом спектра, а не
вообще каким-либо светом. Границы световых частот, при
которых прекращается фотоэффект, называются «красной
границей для данного вещества», которая с известным при-
ближением определяется формулой Линдемана
1 / е2 \%
Vo^T” ----з
2к\тг 3/
где е — заряд электрона, т — его масса и г- радиус атома.
Для цезия эта граница равна 0,53 р., для калия 0,43 ц, для
рубидия 0,49 р. и для натрия 0,318 р..
124
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ Ш
Формула Эйнштейна, дающая картину фотоэффекта,
пишется так: t .
mv2 , . , ,
>
v—есть скорость электронов и Уз mv* выражает его энер-
гию после выхода из металла. На создание этой кинетиче-
ской энергии потребляется квант света h v (правая часть
равенства), но не полностью, так как часть кванты энергии Р
тратится на выход электрона на поверхность. Эта часть
энергии называется «работой выхода электрона» и она рав-
на кванту йу «красной границы фотоэффекта». Очевидно,
«работа выхода» электрона будет тем меньше, чем меньше
квант йу0 т. е. чем ниже частота v или, что то же, чем
в более глубокую красную область спектра простирается
чувствительность фотоэлемента. Отсюда становятся понят-
ными как самое название вакуумных фотоэлементов с «внеш-
ним фотоэффектом», так и пути, по которым должно итти
их усовершенствование. Необходимо всемерно уменьшить
Р — работу выхода электронов, чтобы падающий квант был
использован наиболее полно. Как показали опыты, величи-
на Р зависит от природы вещества и оказывается тем мень-
шей, чем больше отношение атомного веса тела, к его плот-
ности, так как ® таких атомах электроны движутся ПО' боль-
шим орбитам, и их легче удалить из сферы действия атома.
Затем слой этого вещества должен быть весьма тонким и
должен приближаться к мономолекулярному, так как свет,
вообще говоря, проникает в толщу металла довольно' глубо-
ко (до 10“4 см), но не может быть использован на этом рас-
стоянии. Опыты Лукирского показали, что сорванные в ме-
талле электроны не могут выйти из него вследствие различ-
ных взаимодействий с глубин больших 10—12-атомных сло-
ев; поэтому фоточувствительный слой должен быть весьма
тонок. Кроме того, на работу выхода в благоприятном смыс-
ле влияет обработка серой, кислородом или введением внутрь
фотоэлемента некоторых органических веществ (бензин,
окрашивающие вещества), покрывающих фотослой тонкой
пленкой полупроводника или диэлектрика. Все это показы-
вает, что на работу фотоэлемента влияет не вся масса като-
да, а лишь весьма тонкий поверхностный слой особой физи-
ческой 'структуры, изготовление которого и составляет ос-
новную задачу при фабрикации фотоэлементов.
Таким образом действие чисто вакуумного электронного
фотоэлемента происходит следующим образом. Фотоэлектри-
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
125
ческий ток возрастает совершенно линейно при увеличении
падающего на катод светового потока только ввиду того, •
что при этом увеличивается число световых квант, попада-
ющих на катод, независимо от напряжения, приложенного
между анодом фотоэлемента и катодом. При сохранении
одной и той же силы света, но при изменении его цвета,
фототок меняется, следуя закону Эйнштейна, и совершенно
прекращается после «красной границы данного- фотокатода»,
далее которой, т. е. в еще более красном свете фототока не
будет, какова бы ни была сила света. В действительности, в
начале повышения напряжения на аноде фотоэлемента от О
до более высоких значений при постоянном его освещении
происходит изменение фототока до определенных вольт на
аноде, при которых наступает ток насыщения и которые
определяются контактной разностью- потенциалов и об’ем-
ным зарядом катода. Это- показывает, что в данном фото-
элементе имеются следующие отступления от условий,
при которых закон Эйнштейна приложим совершенно
точно: 1) фотокатод и анод изготовлены’ из различных ме-
таллов, и имеется контактная разность потенциалов между
ними, что всегда, конечно, и бывает; 2) анод сам дает неко-
торый эффект, так как он освещен, и на его уничто-
жение должна быть потрачена некоторая разность потен-
циалов; 3) катод обладает некоторой неравномерной фото-
эмиссией вследствие неоднородного освещения на его по-
верхности и структуры самой поверхности. В большинстве
промышленных фотоэлементов всегда имеются указанные
отступления от идеального' случая фотоэффекта. Поэтому
характеристика фототока (рис. 82) имеет наклонную часть,
переходящую в положительную область потенциалов на ано-
де; отрицательная часть ее соответствует напряжению на
аноде, которое надо к нему приложить, чтобы остановить
вылетевшие по направлению к аноду электроны. Характери-
стика фотоэлемента, снятая для фототока при постоянном
освещении изменения анодного напряжения, называется
«вольтамперной характеристикой» (рис. 83). Другая харак-
теристика (рис. 84) фотоэлемента снимается при определен-
ном анодном напряжении, но при изменении силы падаю-
щего на него света. Как и следует ожидать, эта характерис-
тика должна представлять собой наклонную' прямую- линию,
исходящую' из начала координат / и Lumen. Обычно такая
характеристика снимается путем откладывания по ордина-
те фототока в микроамперах и по абсциссе светового по-
тока, попадающего на фотоэлемент, в люменах. Характерис-
тика эта называется «люмен-амперной» или «световой ха-
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. 'ГАСТЬ Ш
126
рактеристикой» данного фотоэлеменства и выражает его
• чувствительность в о.Д на люмен. Только самые совершенные
чисто вакуумные фотоэлементы имеют эту характеристику
виде прямой линии; в большинстве случаев она имеет иную
форму, однако допусти-
мая работа фотоэлемента
должна совершаться в
прямолинейном участке.
Это последнее условие
одинаково относится ко
всем типам фотоэлемен-
тов, применяемых в даль-
новидении или оптичес-
кой сигнализации. Введя
такое условие использо-
вания
характеристики
молинейнность,
применить
обозначения
электронной
и
а
и
Рис. 82. Характеристика фото-
эффекта
ределению ее параметров те
гию, какие применяются
потенциала сетки в фото-
элементе играет световой
поток, который обазначим
через /; тогда наклон ха-
рактеристики будет равен
S будет равен
Точно так же, как и вели-
чина обратная S взаимная
проводимость в катодной
лампе в фотоэлементе оп-
ределяет его чувствитель-
ность. Наклон вольт-ампер-
ч di
нои характеристики —— ,
dla
отнесенный на единицу светового потока (люмен), падающе-
го на фотоэлемент, характеризует его проводимость в рас-
сматриваемой точке. Таким образом «проводимость фото-
элемента» при световом потоке / будет:
„-,1 .А.
s I dlb
же
«люмен-амперной»
ее пря-
М0ЖН0
к ней и к оп-
и терминоло-
лампе. Роль
по тени, анода
Рис. 83. Вольт-амперная характе-
ристика
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
12?
и является аналогичной анодной проводимости 1 катодной
лампе с переменной крутизной, но с той лишь разницей, что
в фотоэлементах эта проводимость пропорциональна еще
и световому потоку. Ток насыщения вольт-амперной ха-
рактеристики вакуум-
ного фотоэлемента не
зависит от приложен-
ного напряжения и в
большинстве случаев
не превышает 25—35
рА. Поэтому для повы-
шения силы фототока
фотоэлементы иногда
наполняются благород-
ными газами при не-
большом давлении. Яв-
ление фотоэффекта в
таких приборах зна-
чительно усложняется,
так как на обычный
Вакуумный
электронный поток на-
кладывается ток иони-
зации газа. Под вли-
янием ударов электро-
нов, вылетающих из
катода в частицы га-
за, эти последние иони-
зируются, и проводи-
мость пространства
увеличивается за счет
перехода положитель-
ных атомов на катод и
дополнительных элек-
тронов на анод. Эта
Рис. 84. Люмен-амперная характе
ристика фотоэлемента
ионизация может про-
изойти только при
определенных потенци-
алах, ускоряющих движение фотоэлектронов, и количество
ионизированного газа увеличивается с увеличением градиента
потенциала, а с ним и скоростей электронов. Поэтому вольт-
амперная характеристика газовых фотоэлементов имеет под-
нимающийся вид. Наполнение газом вызывает увеличение
общего тока через фотоэлемент, причем в большинстве слу-
чаев вторичный ток ионизации / больше основного электрон-
126
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ Ш
ного тока /. Коэфициент -у для данного газа называется
«коэфициентом усиления». Потенциал, создающий -скорость
электронов, достаточную для ионизации, называется иониг
зационным и не одинаков для различных газов; он выража-
ется для Не — 25,6v, Ne — 21,5v, Ar—15,lv, Kr—13,3v,
Xe — 11,5v; для H—13,3v. Применение только этих газов
для наполнения фотоэлементов объясняется тем, что между
газами и фотокатодами не должно (происходить химических
реакций, а такими и являются, в основном, указанные выше
газы. Если напряжение Е между анодом и катодом фотоэле-
мента больше ионизационного потенциала (?, т. е. Е = пу, то
вероятность ионизации увеличивается в самом начале пути
полета электрона по направлению к аноду. В дальнейшем
полете электронов ионизацию вызывает уже. не только ос-
новной электрон, вылетевший из фотокатода но и выби-
тый им электрон при первой ионизации, так что вся иони-
зация должна увеличить общий поток электронов в 2" раз.
В действительности, вследствие воссоединения части элект-
ронов с атомами газа, это усиление тока в фотоэлементе не
в 2п раз, а медленнее. Положительные ионы, летящие на
катод, увеличивают общий фбтоток незначительно вслед-
ствие малой своей подвижности, которая выражается корнем
квадратным из отношениня масс электрона и иона данного
/ л 1 LT 1
газа (при Аг=--------- и Не——
\ 271 80
элементе имеет большое значение и может быть под-
считано теоретически только в весьма редких и про-
стых случаях, так как трудно вычислить заранее гра-
диент потенциала между электродами, и в большин-
стве случаев оно подбирается экспериментально. В раз-
личных современных фотоэлементах это давление ко-
леблется от 0,075 до' 0,25—05 мм ртутного- столба,
причем наиболее распространенным газом является аргон.
При напряжении между анодом и катодом меньшим, чем
ионизирующий потенциал, фотоэлемент, наполненный газом,
ведет себя так же, как и вакуумный. Это сказывается, глав-
ным образом, на так называемой частотной характеристике
фотоэлемента. Под частотной характеристикой фотоэлемен-
тов понимается зависимость между фототоком и частотой
падающего на фотоэлемент прерывистого света определен-
ного спектрального состава постоянной интенсивности. Для
снятия"1 такой характеристики на фотоэлемент направляют
Давление газа в фото-
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
129
пучок белого света, прерываемый механическим или электри-
ческим обтюратором {камора Керра). Переменный ток, вы-
рабатываемый фотоэлементной схемой в данном случае, уси-
ливается линейным усилителем и регистрируется, например,
как сигнал на выходе усилителя мулленовским вольтмет-
ром. Частотная характери-
стика (рис. 85), снятая таким
образом, позволяет судить
об инерции фотоэлемента и
является весьма важной
для дальнейшего его ис-
пользования. В вакуумных
фотоэлементах, в которых
фотопроцесс является чисто
электронным, зависимость
фототока от частоты начи-
нается только вследствие
влияния внутренних емко-
стей электродов или про-
водов, в газовых же про-
0 10000 20000 30000 40000 50000
Рис. 85. Частотные характеристикн
газового фотоэлемента
цесс ионизации
сказывается
на инерции фотоэлемента уже
при частотах 20—25 тыс. Hz и зависит от природы наполня-
ющего газа, количества ионизированного газа, а в связи с
этим и от приложенного к фотоэлементу напряжения
(рис 83). Чем меньше приложенное к электродам газового
фотоэлемента напряжение, тем меньше его инерция, и час-
тотная характеристика становится более пологой, достигая
при малых напряжениях, ниже потенциала ионизации, вида
почти такой же, как и в вакуумном. При этом!фототок умень-
шится весьма значительно, вследствие чего такой режим ра-
боты требует большого усиления (рис. 85).
Наконец, последней и столь же важной харатеристикой
фотоэлемента является зависимость фототока от спектраль-
ного состава! падающего на него света {рис. 86). Такая
характеристика может быть получена на спектрометре моно-
хроматоре при источнике света определенного спектра.
Фотоэлемент помещается вместо окуляра или термопары,
и с него снимаются показания от света различных частот
стандартного спектра от накаленного черного тела. Боль-
шая часть современных фотоэлементов обладает так назы-
ваемым селективным фотоэффектом; при этих измерениях
мы найдем соответствующий максимум фототока при паде-
нии на светочувствительную’ поверхность определенного цве-
Та, т. е. лучистой энергии определенной длины волны. По
исследованиям Линдемана максимум фотоэффекта рагпреде-
9 Основы дальновидения
130
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ Ш
ляется в зависимости от природы фотокатода следующим
образом:
Cs —0,55 р.; Rb — 0,49 р; К —0,438 и;
На-0,318 р; Li-0,236 р
Существует также
очень простая форму-
ла для длины волны
максимального фото-
эффекта Атах — —- хо,
О
где 2° — длина волны
красной границы (О.
Ричардсон и К. Комп-
тон). Но величины, по-
лученные при помощи
этой формулы, лишь
Рис. 86. Спектральные характеристики фотоэлементов
приблизительно совпадают с опытными данными. Следует
особенно отметить чрезвычайно большую важность опре-
деления максимума фотоэффекта ввиду того, что фотоэле-
менты, применяемые в дальновидении, могут быть исполь-
зованы в различных условиях освещения и спектрального
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
131
состава света. Так, например, прибор для передачи видения
днем должен иметь фотоэлемент с максимумом спектральной
характеристики, подходящей под максимум энергии днев-
ного света, т. е. примерно на 0,37р.. Наоборот, передача при
искусственном освещении, в котором максимум энергии на-
ходится в инфракрасной части 0,8 р, потребует фотоэле-
мента с соответствующим максимальным эффектом на той
же волне света.
Работа фотоэлементов во всех случаях применения их
LHJ
Рис. 87. Основная схема
фотоэлемента
включения
в дальновидении заключается в изменении электрического
состояния в цепи, состоящей из источника постоянного на-
пряжения (редко, переменного) фотоэлемента и некоторого
сопротивления, включенного с ним последовательно'(рис. 87).
В статье Меткальфа (Metcalf) (в Proc of. the Inst, of Radio
Eng. Nov. 1929 г.) были приведены впервые уравнения цепи
фотоэлемента и условия его
наилучшей работы. Пусть/ —
мгновенная величина свето-
вого потока, попадающего на
катод, i — фототок при этом
развивающийся, S — чувстви-
, di
тельность фотоэлемента —,
dl
равная наклону люмен-ампер-
ной характеристики, G — его
проводимостьна люмен падаю-
i di
щего потока, равная - ;
е de
Z — импеданц нагрузки и е0—
выходное напряжение фотосигнала на сопротивление Z. Если
фотоэлемент газовый, то через него может итти некоторый
токи в темноте. По аналогии с электронной лампой полное
приращение фототока может быть представлено как сумма
изменения тока от освещения и от изменения анодного на
пряжения. Под влиянием светового потока / сила тока в
фотоэлементе меняется на величину /а1, одновременно из-
меняется его анодное напряжение и вызывает изменение то-
ка ia2. Очевидно, что полный анодный ток ia равен iax+ia,.
По определению величины S и g имеем:
iai=Sl; ia =(! • G) • е0.
и следовательно,
ia — Sl-\-\GeQ
9*
132
ОСНОВЫ. ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ III
Однако, е0— — iaz, тогда ia = SI—1Giaz, откуда
• — _ slz
la~l-l-lGz’ e°~'l+lGz’
Если сравнить
ющими ток анода
или иначе:
эти выражения с уравнениями, определи*
p-lg
1+^а
R
в трехэлектродной лампе
eg Gm
1 +Gp • /?0’
а
заметим, что в то время, как ток анода трехэлектродной
лампы под влиянием потенциала сетки изменяется линейно,
в схеме фотоэлемента фототок меняется под влиянием из-
менения светового потока по гиперболической кривой. Кри-
визна этой характеристики и определяет пределы, в кото-
рых можно без искажений пользоваться сигналом на сопро-
тивлении Z. Высшие гармонические колебания могут быть
SI
подсчитаны из выражения для тока ia~-----—» в котором
надо положить/ = L (sin о)1). При этом допускается 100-
процентная модуляция света, тогда как в действительности
имеется постоянная составляющая, но ошибка будет неве-
лика. Подставляя, получим:
*41__________?______
Gz \ gzL (1 sin 4~ 1
Разлагая в ряд Фурье, будем иметь:
ia = — — [До + Дх sin +А2 sin2 wf 4-... Br cos ojf + B2 cos 2«4..
из которого можно вычислить отношение гармоник к ос-
новному колебанию и амплитуду основного колебания, ко-
торые оказываются в функции от произведения G.Z.L. Ввиду
того, что фотоэлемент представляет собой вакуумный при-
бор с весьма большим внутренним сопротивлением, нельзя
достигнуть максимального к.п.д., потому что нагрузоч-
ное сопротивление Z получается при этом слишком большим,
при котором наступают чрезмерные искажения сигнала.
По своему устройству фотоэлементы внешнего фотоэф-
фекта представляют собой вакуумные приборы в форме
шарообразных или цилиндрических стеклянных баллонов
наполовину высеребренных внутри (рис. 81). Перед сереб-
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
133
ренным слоем помещается электрод в форме петли или ред-
кой сетки, выведенный в ножку. На слой серебра наносится
тонким1 слоем светочувствительный металл К, Na, Rb, Cs),
пары которого впускаются в баллон после предварительно-
го окисления слоя серебра разрядом в кислороде или обра-
ботке его разрядом в сероводороде. Светочувствительный
слой металла держится прочно на обработанной таким об-
разом подкладке и оказывается чрезвычайно тонким, почти
мономолекулярным, вследствие этого чувствительность тако-
го фотоэлемента сильно возрастает, а красная граница пе-
ремещается в область инфракрасных лучей ввиду присут-
ствия диэлектрической прослойки. Это последнее свой-
ство объясняется тем, что наличие тонкого слоя полупровод-
ника с большой диэлектрической постоянной уменьшает ра-
боту выхода электронов из щелочного металла. Чувстви-
тельность хороших современных вакуумных фотоэлементов
колеблется от калиевого фотоэлемента и до
35 Lum для цезиевого. Были изготовлены фотоэлементы
еще с большим эффектом (Кэз В. Т. Case W. Т.) 98 : 10 6 А
на люмен, но, невидимому, с некоторым присутствием га-
за. Газонаполненные /фотоэлементы имеют значительно
большую- чувствительность, доходящую до 250 P^/Lum и бо-
лее (ВЭИ), однако применимость их в дальновидении огра-
ничена ввиду большой инерции. Применение газовых фото-
элементов на малых напряжениях позволяет использовать
их работу и на сигналах высокой частоты, но при этом па-
дает чувствительность. Примером подобной зависимости мо-
жет служить рис. 85, на котором приведены частотные ха-
рактеристики работы газового фотоэлемента на различных
напряжениях.
Для получения мод у ли ров а ни о г о си гн ал а при м ал ых
освещенностях были разработаны фотоэлементы с допол-
нительными электродами, управляющими фотоэффектом
катода, как это делается в катодной лампе. Примером тако-
го прибора может служить фотоэлемент с сеткой системы
Зворыкина (рис. 88); в нем имеется фотокатод в форме вер-
тикального полуцилиндра, частично окружающего модули-
рующую сетку также цилиндрической формы, внутри кото-
рой находятся еще экранирующая сетка и анод в виде
стержня по оси цилиндров. Дополнительные сетки служат
Для наложения несущей частоты на фотосигналы при уси-
лении по способу высокой частоты, о чем будет сказано ни-
Тем ж<е автором были сконструированы фотоэлементы с
134
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ III
усилительной лампой в одном баллоне, которые он назвал
«фототрон» (рис. 89). Последний состоит из стеклянного
баллона, в котором имеется накаленная нить, сетка и анод,
как в катодной лампе, но сетка соединена с фотоактивным
слоем, нанесенным на стенке лампы.
Другим подобным прибором является фотоэлемент Рих-
тера и Венерта (рис. 90), в котором фотослой также нанесен
Рис. 88. Фо-
тоэлемент с
дополнитель-
ной сеткой
Рис. 89- Фотоэлемент д-ра Зворыкина
с лампой в одном баллоне
на стекло, но не соединен ни с каким электродом, а дейст-
вует своим пространственным зарядом на термионный поток
усилительной системы. Устройства этого типа пока не по-
лучили применения в дальновидении ввиду трудности их
изготовления, вследствие чего в передающих устройствах
ставятся обычные фотоэлементы возможно большой чувст-
вительности и малой инерционности. Вредное влияние ем-
кости электродов и соединительных .проводов может быть
частично уменьшено тем, что первый каскад усиления фото-
тока помещается в непосредственной близости от' фотоэле-
мента, и канализируется уже усиленный сигнал. Фотоэлемент
и усилительная лампа помещаются в один металлический
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
135
корпус для экранирования всей системы от паразитных по-
лей, причем необходимое для попадания света отверстие за-
крывается металлической сеткой. В некоторых случаях фо-
тоэлементы помещают в фокусе вогнутых зеркал или в от-
ражающем рефлекторе. При работе бегающим лучом фото-
элементы группируются в отдельных ящиках вместе с пред-
варительным усилением. Каждая такая группа снабжается
I
Катод
НитЬ пампоч
ни накалив.
HonpbiboKWi.
слой
Рис. 90. Фотоэлемент Венерта
Рис. 91. Штатив с фотоэлементной
группой
штативом и может быть помещена в студии в наиболее
удобном месте от передаваемого об’екта! (рис. 91). Вся про-
водка к фотоэлементной группе как фототоков, так и пи-
тания усиления должна быть тщательно- экранирована ме-
таллическими оплетками, которые соединяются с корпусом
кожуха и заземляются. Схема включения фотоэлементов
внешнего фотоэффекта остается до сего времени в дально-
видении самой простой. Фотоэлемент соединяется последо-
вательно «с безындукционным сопротивлением и батареей,
сигналы снимаются в виде изменения напряжения на со-
противлении и подаются на сетку первой лампы через бата-
136
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ Ш
рею смещения. Следует обратить внимание, что включение
в этой цепи самого фотоэлемента может изменить началь-
ную' фазу сигнала, т. е. получить положительный или отри-
цательный импульс на сетке первой лампы при освещении
фотоэлемента. Оставляя таким путем общее число каскадов
усиления постоянным, можно перейти от позитивного изо-
бражения на приеме к негативному, и наоборот. Обычно
этим пользоваться приходится с осторожностью, так как
емкость электродов фотоэлемента по отношению1 к корпусу
Рис. 92. Основная схема включения фотоэлемента на усилитель.
кожуха не одинакова, и схема должна быть собрана так,
чтобы заземлялся отрицательный полюс батареи и катод фо-
тоэлемента, имеющий всегда развитую поверхность. Если в
этих условиях переменить полярность фотоэлемента и бата-
реи и заземлить общий полюс, то емкость проводов и всей
системы, идущей к сетке лампы, возрастет, и изображение
может потерять в четкости. Ввиду этого лучше менять фазу
изображения, изменяя число каскадов усиления.
Фотосигнал, развивающийся в виде некоторой разнос-
ти потенциалов е0
на сопротивлении Z, включен-
ном в цепь фотоэлемента, передается дальше на сетку уси
лительной лампы через соединительный конденсатор или
при непосредственной подаче на сетку соответствующего на-
пряжения смещения, нейтрализующего постоянное падение
напряжения на омической части сопротивления Z (рис. 92).
Величина омического сопротивления, включенного в цепь
фотоэлемента, определяется следующими соображениями,
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
137
Z есть комплексная нагрузка фотоэлемента, освещенного мо-
аудированным светом, и равна z —
"* В этом
выражении
равная
есть угловая наивысшая частота фототоков,
2тс/
С — полная емкость электродов, фотоэлемента и проводов
к усилительной лампе и R — омическое сопротивление,
включенное в цепь фотоэлемента. Чтобы фотоэлемент и его
система реагировали без существенных искажений на все
частоты, необходимо, чтобы /?а =------. Это выражение
2шС
приводит к величинам R, которые определяют основной
входной сигнал по вышеприведенной формуле Меткальфа.
В усилении сигналов дальновидения были попытки ис-
пользовать методы усиления по несущей высокой частоте.
Для этой цели на фотоэлемент подавалось пульсирующее
переменное напряжение высокой частоты, так что фотосиг-
нальг являлись модулирующими. Были предложены даже фо-
тоэлементы с дополнительной сеткой по типу, описанному
выше, причем включение несущей частоты производилось
на эту сетку. Существенных преимуществ такая система в
дальновидении не дала, и развитие приборов с усилением
высокой частоты изображения маловероятно, так как даль-
новидение четкости 75 тыс. элементов уже само по себе
требует полосы пропускания 1,5 млн. пер/сек, и несущая
частота переходит в область ультракоротких волн, в кото-
рых многократное усиление без трансформации частоты,
практически говоря, пока невозможно.
3. Другие типы фотоэлементов
Явление внешнего фотоэффекта, описанное в предыду-
щей главе, и приборы, его использующие, являются пока
единственно реальными преобразователями оптических сиг-
налов дальновидения в электрические импульсы. Другие
типы фотоэлементов^ внутреннего эффекта (резистивные и
иные) в дальновидении применения пока не имеют ввиду
их большой инерционности. Однако, значение этого недос-
татка становится в новейших передатчиках катодного даль-
138
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ III
новидения все менее существенным, так как работа фото-
элементов в этих системах сводится к весьма небольшим
частотам, и применение фотоэлемента иного рода, чем внеш-
него фотоэффекта в них вполне возможно . Ввиду такого
положения вещей, мы разберем также свойства фотоэлемен-
тов типа резистивных, вентильных и др., уже достаточно
разработанных в современной технике.
4. Фотоэлементы внутреннего фотоэффекта
Внутренним фотоэффектом называется освобождение
электронов под влиянием света в самой толще полупровод-
ника или изолятора. Это освобождение электронов остается
в значительной степени чисто местным, и в большинстве
случаев, за исключением освещения ультрафиолетовыми и
рентгеновыми лучами, выход электронов с поверхности
диэлектриков наблюдается в слабой степени. Если такой
изолятор или полупроводник включить в цепь э.д.с., то под
влиянием света в нем пройдет некоторый ток, за счет осво-
бождения электронов, который можно' наблюдать при по-
мощи гальванометра. В идеальном изолирующем веществе,
каким, например, является алмаз, этот ток возникает и ис-
чезает мгновенно, оказывается пропорциональным количе-
ству квант hv световой энергии, достигает насыщения так
же, как и в вакуумном фотоэлементе внешнего фотоэффекта,
но только при очень высоких напряжениях (1 000—1 200 V),
словом, является чисто электронным током, без каких-ли-
ло вторичных эффектов. Такой ток называется «первичным
фототоком» и наблюдается только в немногих чистых крис-
таллах (алмаз, цинковая обманка и др.); при наличии при-
месей в кристалле «первичный фототок» вызывает в нем
«вторичный ток», зависящий от физических условий опыта,
постепенно возникающий при освещении и также исчезаю-
щий с течением времени при затемнении. Следовательно, эти
явления сопровождаются некоторым последействием и инер-
цией, весьма различными для разных сортов полупроводни-
ков. Наибольшим фотоэффектом обладают селен и серно-
кислый таллий. Селеновые фотоэлементы представляют со-
бой стеклянные или кварцевые пластинки, на которые на-
ложены пластиковые или графитовые электроды в виде гре-
бенок, покрытые слоем селена. Селен подвергается сложной
термической обработке, после чего принимает вид серого
вещества, иногда в форме мелких игольчатых кристаллов.
В этом состоянии он особенно светочувствителен. Сопротив-
ление селеновых фотоэлементов такого типа около
L
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
139
200—500 тыс. 2, причем под влиянием света это сопротив-
ление изменяется в несколько раз. По исследованиям
Фурнье д’Альба это изменение сопротивления в продолже-
ние слабых освещенностей и после них совершается с посте-
пенным нарастанием и ослаблением, как если бы оно проис-
ходило при прогрессивной ионизации селена под действием
света. Число ионов, выделенных в единицу времени, пропор-
ционально световому потоку, и полное число их пропорци-
онально полному количеству света за вычетом ионов, восста-
новившихся во время процесса. Уравнение светоактивной
dN
кривой будет, следовательно, ------= С—BN2
dt
С—величина пропорциональна световому потоку, В—коэ-
фициент рекомбинации ионов, N—дополнительная проводи-
мость, пропорциональная числу выделившихся ионов обоих
знаков. В постоянном состоянии C—BN, иначе говоря, окон-
чательно установившаяся проводимость пропорциональна
корню квадратному из светового потока. Интегрируя, полу-
пим
H = ]/~tgh (t /С)
1 J Wq + N
2BN0 S N. — N
Это время нарастания проводимости при падении на фото-
элемент смета. Как только свет закрыт, т. е. С = 0, имеет
место уравнение----— — BN2, определяющее время восста-
dt
новления темной проводимости, из которого получаем
---------— i,
N
. что показывает, что опадание тока в неосвещенном фото-
элементе происходит ПО1 гиперболическому закону.
Из этих исследований мы видим, что изменение тока в
селеновом фотоэлементе совершается по характеристикам,
которые никак не могут удовлетворить столь разнообраз-
ных и высококачественных процессов, как регистрация сиг-
налов дальновидения в обычных телевизионных передатчи-
ках, если такие фотоэлементы поставить в нормальные ус-
ловия механического дальновидения.
®виду изложенного селеновые фотоэлементы имеют при-
^нение, главным образом, в оптической сигнализации и те-
140
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ Ш
лефонии. Близким к селеновым фотоэлементам являются фо-
тоэлементы таллиевые, так называемые «таллофиды», уст-
ройство которых аналогично первым, процессы же их из-
готовления совершенно иные. Таллофиды обладают весьма
большим сопротивлением, порядка десятков мегомов, причем
они так же, как селеновые, обладают большой инерцией.
По исследованиям Рунге Зевига ток в таллофиде при осве-
щении его светом следует уравнению i = (1—e~Kt),
где /о — ток через элемент в темноте, 1в — привращение тока
при освещении и К — постоянная, зависящая от данного
! ! t
Рис. 93. Фотоэлемент с запира-
ющим слоем
фотоэлемента. Как селеновые,
так и таллиевые фотоэлемен-
ты помещаются в вакуумном
баллоне с целью создания
специальных условий давле-
ния, при которых чувствитель-
ность слоя максимальна. Тал-
лофиды имеет максимальную
чувствительность к инфра-
красным лучам и в этой обла-
сти применения являются по-
ка единственными индикато-
рами.
Таллофиды и селеновые
фотоэлементы являются с об-
щефизической точки зрения переменными фотосопротивле-
ниями. Под влиянием света в них освобождаются электро-
ны, которые, не выходят наружу. В настоящее время поя-
вился тип фотоэлементов с внутренним фотоэффектом,
при котором освободившиеся электроны создают на поверх-
ности полупроводника заряд и сообщают приложенному к
ней электроду определенный потенциал. Такие фотоэлемен-
ты называются «фотоэлементами с запирающим слоем», так
как поверхность их сверх того обладает униполярной прово-
димостью, почему и называются иногда «вентильными».
Наиболее интересными из них являются фотоэлементы из за-
киси меди, а также из селена. Меднозакисные фотоэлементы
представляют собой медные пластинки, на которых получен
тонкий слой окиси меди, а на этом слое электрически восста-
навливается полупрозрачная медная пленка (рис. 93). Элект-
родами служат наружная пленка и основная медная плас-
тинка. Как прибор, обладающий чисто «первичным» фото-
эффектом, меднозакисный фотоэлемент дает разность потен-
циалов при освещении его светом без всякой дополнитель-
ной батареи; таким образом он является фотогенератором
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
141
тока. Инерция фотоэлемента этого типа не велика, но все
же существенна и происходит только от его большой ем-
кости между пластинками, вследствие чего высоких частот
изменения света он воспроизводить не может (>6000 Hs).
Селеновый фотогенератор устроен так же, но в нем слой се-
лена наложен на железную пластинку и на слой селена ка-
Рис. 94. Селеновые фотоэлементы
тодным распылением
осажден полупрозрач-
ный и полупроводящий
электрод из золота или
платины. Оба типа этих
фотоэлементов не зак-
лючаются в вакуум и
работают просто в за-
купоренных коробоч-
ках (рис. 94). Фотоэле-
мент селеновый обла-
дает важным свойст-
вом спектральной чувствительности по кривой, аналогичной
кривой чувствительности человеческого глаза, что позво-
ляет применить его для целей фотометрирования и контроля
освещенности. Непосредственного использования в дально-
видения эти приборы пока не получили. Лучшие фотоге-
нераторы обоих типов изготовляются в ЦРЛ т. Лепешин-
ской (лаборатория проф. Б. Остроумова).
ЧАСТЬ IV
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
7. Работа фотоусилителей и входной цепи фотоэлемента
Основная схема включения фотоэлементов, разобранная
выше, является наиболее употребительной, так как прин-
ципиальное требование, которое пред’является к системе
фотокаскада, есть равномерность усиления в весьма ши-
роком диапазоне частот, вследствие чего всякое услож-
нение схемы поведет только к целому ряду взаимовлияний
отдельных ее частей, по большей части не остающихся од-
нозначными во всем диапазоне частот сигналов дально-
видения. В большинстве случаев полоса спектра частот, в
котором должна работать система, заранее точно известна
из предполагаемого к передаче числа элементов изображе-
ния. Если число строк первичного разложения есть z, и со-
отношение сторон кадра есть В/Н, то числа элементов изо-
В • z2
бражения п =. Можно представить, что на каждой
Н
строчке непрерывно чередуются черные и светлые элемен-
ты, так что каждая пара их составляет одинаковое измене-
ние освещенности с противоположными знаками, т. е. каж-
дая пара элементов составляет один полный период измене-
ния освещенности на передаче или модуляции светового ре-
ле на приеме. Следовательно, максимальная частота, кото-
рая создает такую1 модуляцию источника света на приеме,
kT , Nn
выразится при N изображения в секунду / — ——. Самая
низкая частота получится, если передаваемым’ об’ектом бу-
дет прямоугольник размерами BIH, у которого одна полови-
на черная, а другая белая, что* также создает один полный
период модуляции за время передачи целого изображения,
т. е. самая низкая частота будет частотой кардов М Необхо-
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
143
димо отметить, что при наличии небольшого числа элемен-
тов разложения изображения каждый из них является до-
статочно крупным, чтобы стали заметными явления частич-.
но го перемещения его с положения совершенно черного
элемента на совершенно белый. Иначе говоря, переход бе-
гающего луча С черного элемента на белый будет иметь
плавный характер, по некоторой функциональной зависи-
мости от формы отверстий в диске или вообще от формы
сечения луча с поверхностного об’екта. Ввиду этого кроме
, Nn . .
предельной частоты /max =--- в форме сигнала фототока
будут еще высшие гармонические колебания, кратные fMax
с амплитудами, определяемыми разложением в ряд Фурье
функции, представляющей собой изменение фототока за
1
один период Т=------. Влияние высших гармонических тем
/ max
важнее, чем меньше число элементов разложения, т. е. чем
крупнее сами элементы. При больших четкостях и при боль-
шом числе элементов, начиная с 10—20 тыс., с высокими гар-
моническими можно совершенно не считаться. Для различ-
ного числа строк элементов разложения, при соотношении
BIH — 4I3, получаются следующие максимальные частоты
при А = 12,5 и N = 25 кадров в секунду.
ТАБЛИЦА 5
Jmax
AZ = 12,5 7500 30 000 67 500 .120000 270 000 480 000 750 000
N = 25 15 000 60000 135 000 240 000 540 000 960 000 1 500 000
Z 30 60 90 120 180 240 300
Как уже указывалось выше, сопротивление, включен-
ное в цепь фотоэлемента, с которого снимаются1 фотосигна-
лы, шунтируется паразитными емкостями вводных провод-
ников и сетки первой лампы, что образует комплексное со-
противление Z, Z—————-—е ?’ где ? = arctg RCw.
]/1 + /?г Ш2С 2
144
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
Для газовых фотоэлементов Шретер (Shroter) и Ильберг
(Ilberg) /предложили эмпирическую люмен-амперную харак-
теристику
в которой g — напряжение зажигания фотоэлемента, Е — на-
пряжение батареи, L — световой поток и а — постоянная за-
висящая от устройства фотоэлемента.
Принимая эту характеристику, можно написать для
фотоэлемента, на который падает световой поток Lo и
изменяющийся поток since/:
• Lq • (1 tof)
Переменная составляющая напряжения на сопротивлении z
будет
е — Q - е/ (<>*- ?) о — _аБ ‘
9 ЮН-Я2<»2С2 g — E
Если диапазон частот усилителя заключается в интервале
и <оа, причем допустимые потери считаются в р процентов,
то, полагая
100-р
-----найдем значение
100
к== [ZA _,/ 1 + R2о»,2С2
[ZJ “ V 1 + Я2 u>i2 С2 ’
откуда вычисляем R по выражению
R = ± Л/.
С У К* 0)32 — О)/
При «ш2, что всегда имеет место, так как w1==2'itN=
= 157 или 78,5, можно положить
Подсчитывая значение Rf например, для работы изо-
бражения в 90 строк, (/max =135000 Hz) при С = 50 см
и К = 0,8, получим R = 15 200 О. Больше этого значения /?
применять нельзя ввиду того, что искажения высоких час-
тот перейдут допустимые пределы на 20%. Рассматривая в
то же время фотоэлемент как генератор переменного тока с
/СИЛЙТЁЛЙ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОЁЙДЕЙЙЯ
145
внутренним сопротивлением /?о мы должны были бы поло-
жить R — которое в большинстве случаев измеряется
десятками мегомов. При прочих равных условиях, вслед-
ствие частотных требований, к. п. д. фотоэлементной схемы
оказывается ничтожно мал.
Вопрос о постоянной во времени входной части схе-
мы (рис. 92) включения фотоэлемента играет большую роль,
так как эта величина определяет продолжительность обра-
зования фототока и нарастания его до 0,68 7тах от чего
зависит эффективность всей схемы. При наличии емкости
между сеткой и катодом первого каскада усиления только
часть тока фотоэлемента проходит через омическое сопро-
тивление /?, а другая часть его идет через емкость С в виде
тока смещения и заряжает ее в промежуток времени dt до
величины dQ. Если считать, что весь процесс изменения то-
ка в фотоэлементе длится в течение времени Т и достиг; ет
максимального’ значения / совершенно линейно, то нарас а-
ние тока в цепи выразится через I
Заряд конденсатора dQ = dV • С, приращение dV —
= Rdi, dQ = CRdi, Тот же заряд dQ можно выразить как
i) dt, считая, что через сопротивл е-
произведение
ние идет ток i
а через емкость
при полном
токе цепи / —.
Т
Интегрируя это
Тогда получим dQ =
уравнение, получим
It Г. RC /.
НС
дает зависимость от времени t—силы фо-
Это выражение
тотока в сопротивлении /?. Полагая, что весь процесс дол-
жен совершиться за время Т, равное перемещению одного
элемента изображения на такой же элемент строки, т. е. за
время, равное половине периода наивысшей частоты фото-
сигналов /max.получим Т =—-—. За этот промежуток вре-
Nn
Мени ток i нарастает до своего максимального значения, ко-
торое получится в выражении / при t = T:
Л. RC L
Imax
Основы дальновидения
кс
ю
146
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
Это выражение, как и предыдущее, отличается от обыч-
ной формулы нарастания тока в цепи, имеющей емкость и со-
противление
i= I ^1 — е
так как последняя формула характеризует внезапное появле-
ние э. д. с. в цепи, что соответствует внезапному освещению
элемента изображения. Принятое нами изменение тока
• т t
I = I -- показывает, что резкая граница освещенности на
изображении (переход элемента с черного на белое) не будет
воспроизведена таковой на приеме, а примет неопределенный
характер изменения яркости от нуля до максимума в преде-
лах этого элемента. Вычисляя по- формуле
для различных значении
получим следующую таблицу.
ТАБЛИЦА 6.
RC т 1 3 1 2 1 2 3 4
№ zmax / = 0,768 0,68 0,567 0,368 0,214 0,151 0,112
Отсюда видно, что выгодно уменьшать постоянную во вре-
мени RC по сравнению с периодом наивысшей частоты
изображения.. Это уменьшение следует вести до определен-
ного предела, который выясняется из предыдущего выра-
жения.
юс у к2
Так как мы предположили, что К~
0,75
0,75
О)
0,25 Г, при этом амплитуда сигнала достигнет
w0,768/, того значения, которого он достиг бы в тот же
промежуток времени Т при внезапном освещении фото-
элемента.
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
147
2. Оптический анализ сигналов дальновидения *
Разложение изображения на элементы определенных
размеров на передаче и образование (синтез) на приемном
устройстве обладает следующим основным недостатком.
Всякое резкое изменение яркости изображения, каким яв-
ляется граница контура буквы или рисунка или какое-либо
иное сочетание подобного типа, заключающееся внутри дан-
ного элемента и занимающее хотя бы малую часть его, бу-
дет вопроизведено на приемном
устройстве как целый элемент
некоторой интегральной осве-
щенности, меньшей чем та, что
вызвала сигнал в фотоэлементе
передатчика. Вместо двух час-
тей элемента черной и белой,
которые появились в отверстии
диска при нахождении его на
границу контура, световое реле
приемного устройства просто
осветит подобное же отверстие
сразу и создаст среднюю осве-
щенность его, отнюдь не равную
ни черной, ни белой половинам
частей элемента изображения
на передатчике. Это происхо-
дит, естественно, из самого
принципа разложения изобра-
Рис. 95. Положение от-
верстия на передатчике
и приемнике
жения на элементы, в котором заранее и навсегда предполо-
жено, что освещенность каждого элемента изображения на
передаче совершенно равномерна. Поэтому если в действи-
тельности эта освещенность
Рис. 95-а. Прохождение элементом
черно-белой границы
неравномерна и меняется в
пределах одного эле-
мента, то световой по-
ток, который проходит
через него может быть
представлен выражени-
~ ем.
В + а 2а
Ф = I \ и (х, у) dx dy,
V t/
$ — a о
где и — функция изменения светового потока внутри этого
элемента, £ — координаты центра этого элемента по длине
дк, * В основу этой статьи положена работа д-ра Е. НиПес‘а „Die
^ooildung beim Fernsehen- в E. N. T. B. 8. H. 6.
10*
148
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ, ЧАСТЬ IV
строки, 2а — сторона самого элемента, имеющего форму
квадрата {рис. 95 и 96). Этот световой «поток, (попадая на
фотоэлемент, вызывает в нем некоторый фототок, который
после соответствующего усиления вызывает свечение све-
тового реле, дающего импульс света пропорциональной яр-
кости, т. е. световой поток который сразу же освещает
весь элемент (отверстие^ —— люксами. Средняя освещен-
4 a2
иость какой-либо точки внутри такого элемента покажется
глазу по закону Тальбота как созданная неподвижным по-
t3
1 Г Ф
током г=----------I-----dt, где время и t,—моменты
tt — J 4а2
через рассматриваемую точку
прохождения краев отверстия
внутри элемента изображения. Из этого выражения' можно
сделать очень интересный вывод, если ввести в него ско-
рость движения отверстия диска или, что то же, ско-
рость движения этого освещеного элемента. Скорость выра-
жается через
V dt ’
откуда
d/ = —
v
Тогда
4a2 v
Под знаком интеграла мы видим, кроме функции Ф, кото-
рая воспроизводит приемный сигнал световой амплитуды
1
светового реле, еще величину — . Если сохранить постоян-
v
ной световую амплитуду функции Ф и вместо нее действо-
1
вать на скорость —, то, создавая обратные импульсы, т. е.
v
замедляя скорость вместо увеличения функции Ф или увели-
чивая скорость вместо уменьшения Ч1*, мы получим ту же
модуляцию света на приеме, как и при амплитудной моду-
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
149
ляции светового реле. Это выражается математическим пред-
ставлением амплитудной модуляции в виде Т = То ± сФ, а
при скорости модуляции в виде
Ф
Конечно, при механическом способе разложения изображе-
ния невозможно осуществить столь быстрое изменение ско-
рости движения элемента изображения, которая требуется
при этом в виде модуляции. Подобный метод нашел себе
применение лишь в катодных приборах дальновидения, о
чем речь будет ниже, но основной принцип выражается об-
щими уравнениями, указанными здесь. Так как скорость v
в механическом дальновидении всегда постоянна, мы пред-
положим, что световой поток Ф воспроизводится без иска-
жений пропорциональным потоком светового реле Т’, е.
Ф = КФ. Принимая во внимание, что координаты границы
отверстия диска на строчке суть = —я и с2 —* + #
получим F =
К
4a2v(f2—Q
х — а
Так как 2a = v(t2—t1)=vT, то окончательно имеем:
F = ——
(2а)3
х + а
/>
J
х — а
Применяя закон Тальбота для подсчета средней осве-
щенности данного элемента изображения и считая, что все
остальные могут быть темными, и следовательно, повторная
вспышка его произойдет лишь после времени целого кад-
ра —, получим окончательно, что освещенность точки внут-
N
ри данного элемента представится в следующем виде:
При помощи полученных здесь выражений для Ф—светового
потоку прохс^яшего через одно отверстие передающего
Диска для F рсв^енностщ воспроизводимой 1 отверстиц
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
приемного диска, можно составить приемное изображение
элемента за элементом чисто теоретически, зная функцию
распределения света по изображению оригинала. Такое вы-
числение имеет, конечно, смысл только для особо характер-
ных случаев, возможных во всяком изображении, а именно,
при выяснении вопроса о воспроизведении на приеме
1) однородно освещенных поверхностей, 2) резких границ
между освещенными и неосвещенными частями1 изображения,
какими являются контуры надписей, интенсивных теней и
т. п., 3) плавно-меняющейся освещенности в пределах боль-
ших или меньших одного элемента (полутени или так назы-
ваемые «полутона») и, наконец, 4) интенсивных черных или
светлых пятен, меньших по своим размерам, чем поверхность
одного элемента. Этими четырьмя основными случаями ис-
черпывается большая часть различных видов элементов лю-
бого изображения, где, вообще говоря, возможны еще ком-
бинации указанных вариантов, анализ которых не имеет
практического значения.
Однородно освещенная поверхность какой-либо части
изображения характеризуется его постоянной яркостью и,
следовательно, постоянством светового потока, приходяще-
гося на элемент развертывающегося механизма. Если взять
за ось абсцисс линию строчки развертки, а за ось ординат
любую перпендикулярную к ней линию, то исследование по-
тока, проходящего через элемент, можно рассматривать в за-
висимости от расстояния элемента по оси х. Назовем абсцис-
су центра элементарного квадратика 5 и рассмотрим, какой
световой поток приходится на него в том случае, если по-
верхность, как уже указано, освещена однородно. Функция
и (X У) равная п0, равна постоянной величине. Тогда и Ф в
пределах этой поверхности будет
В 4“ д* 2d а
|* J и (х, у) dx dy = 2а U • J dx — 2а Uo (£ а - $ + а) =
$ —- fl О £ — й
= 4й2 UQf
что совершенно очевидно и без всякого интегрирования, так
как поверхность элемента есть 2а X 2а = 4а2, и постоянная
яркость однородного поля есть Uo. Поток Ф—Uo a ~UQ 4а2.
Подставляя полученную величину Ф, равную- 4а2 в выра-
жение для освещенности элемента на приемном устройстве
.г а
I
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
151
получим F
NT
-и
1—NT
т. е. приемное устройство также воспроизводит световой по-
ток постоянной яркости, пропорциональной лишь коэфи-
циентам, свойственным световым’ реле и скорости разверт-
ки, но который также создает совершенно однородную осве-
щенность данной части изображения.
Второй случай изменения
светового потока в пре-
делах одного элемента состоит
в переходе элементом гра-
ницы освещенного простран-
ства на темную часть его,
или наоборот (рис. 96). Этот
случай особенно важен при
небольшом числе элемен-
тов разложения изображения,
так как сами элементы могут
быть достаточно крупны. В
этом случае световой поток,
приходящийся на элемент пе-
редающего устройства Ф, пред-
ставится двойным интегралом
f f и (ху) dх dy, причем преде-
лы интегрирования по у оста-
ются те же: 0 и 2а, так как
ширина строчки не меняется,
но пределы интегрирования по
х будут от 0 до $ 4- а, так как
полагаем, что ось у совпадает
с границей изменения осве-
щенности, и горизонтальная
сторона освещенной части
квадратика элемента будет
равна $ +а, где $ — абсцисса
центра этого квадратика. Та-
ким образом
«4- я %я
Ф = Г f и (х, у) dx dy
J ц
о о
Полагая, что при х < О,
U (х, у)~0, а при x>Q,
бй.'4-а ~2а 0 2а 4а баба
Рис. 96. Прохождение элементом
черно-белой границы (диаграммы
Чркострй на передач® и приему
t 52
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
u (ху) — Uo, получим Ф = Uo 2а (? + а). Подставляя это зна-
чение Ф в выражение освещенности любой точки прием-
ного отверстия
NT
к
ы\з
NT
к
(2а)3
NT ки0
в темной части строчки 0^>х> — 2а и соответственно
в светлой 0<х<^2а, интегрируя в пределах от х— а до
х-]-а, получим
F_ NT kU0 Г/ . х\2 х2’
~ 1±NT (2а)2[\й+2/ 2
Эти уравнения показывают, что на приемном устройст-
ве между темной и светлой областью' резкой границы не
а.5ив и0
i,5U„ 2U0 2,50^
Рис. 97. Видимая и действительная
яркость
будет, а освещенность
плавно распределится в
пределах +2а и —2а, т. е.
на длине строчки в два
элемента, достигая на
среднем положении эле-
мента 0,5 Fmax
Предположим теперь,
что движение элемента
разложения изображения
совершается по поверх-
ности непрерывно меня-
ющейся освещенности,
которая может быть представлена синусоидальным измене-
нием светового потока, отраженного от данного предмета
(рис. 98). На протяжении некоторого расстояния на строчке,
на котором укладывается несколько' элементов (s = К .2а),
световой поток вдернется ро уравнению
2т: х
sin -—-
В каждый данный момент в
рапздает поток
За
отверстие передающего диска
v+a
J
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
153
Если считать, что ширина строчки остается постоянной,
то можно написать, что
х-\-а х+а
(* Г / 2т?х \
Ф = Ча I U dx — 2aU0 И 1 + sin-------)dx =
J J \ s /
x—a . x—a
Полагая Ф0 = 4а2-£/0, имеем
----sin
2то
2tt6z . 2к
----- . sin--------x
s s
что показывает, что полный световой поток, проходящий
отверстие диска, ме-
няется также по сину-
соидальному закону,
но амплитуда его ум-
ножена на коэфициент
----sin-----,
2тш s
который зависит от от-
2а
ношения -----, длины
$
стороны элементарно-
го отверстия к длине
той части строки, на
которой распределено
синусоидальное осве-
щение изображения.
Если это отношение
2а
— = 1, т. е. если си-
s
нусоидальность осве-
р
Рис. 98. Прохождение элементом синусои-
дальной яркости
Щения распределена в пределах одного элемента, то ампли-
туда переменной составляющей светового потока будет рав-
на 0, так как sin 2тс = 0. Иначе говоря, эффект плавного
перехода освещенности на строчке будет заметен только в
случае распределенности ее на длинах, больших стороны
отверстия. При этом необходимо отметить, что в случае
2s величина sin отрицательна^ т е. р^вер,
154
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
стие захватывает вторую более темную часть синусоидаль-
ной освещенности, так что полный поток, получаемый в дан-
ном соотношении, меньше, если бы в пределах отверстия
уложилась только одна часть синусоидальной освещенной
строчки. На приеме мы получим освещенности, вычисляе-
мые как и раньше
NT
1
NT
1 4- NT
к n Ti f 5 • 2raz \2 . 2?rX "
------• 2аФп 1 — —— sin-----------------) sin--------
(2я)3 L \ 5 / s
Таким образом освещенность на приеме всегда воспроизво-
дится световым потоком, пропорциональным вызвавшему
его сигналу передатчика. Это выражение, проанализирован-
ное с теоретической стороны в НИИТ в Ленинграде
Я. А. Рыфтиным, привело к важному практическому выводу,
позволяющему значительно увеличить качество изображе-
ния на приеме. Обратим внимание, что коэфициенг
s . 2лс . „ sin z „ ,
-----sin-——имеет функциональный вид—--------.Эта функ-
$ z
ция при стремлении величины z к нулю имеет пределом
единицу, что соответствует совершенно неискаженной пере-
2т.а „
даче.-----> 0 соответствует уменьшению горизонтальной
стороны элемента развертки, т. е. применению вместо квад-
ратных элементов узких прямоугольников. Следует отме-
тить, что нами допускалась во всем предыдущем исследо-
вании неизменность ширины строк. Если при этом произ-
вести интегрирование еще и по оси у, допуская перемен-
ность функции и,(х,у) и в этом направлении, то вывод, най-
денный инж. Рыфтиным, приводит к заключению, что каче-
ство изображения увеличивается с уменьшением обоих раз-
меров элемента, т. с увеличением их числа. Этот резуль-
тат теории дальновидения совершенно правилен и имеет
поправки только на основании физиологических свойств
глаза, которые ограничивают число элементов вполне опре-
деленными данными, о чем говорилось в начале книги.
Остается рассмотреть вопрос о возможности передачи
деталей изображения, меньших чем размеры самого элемен-
та, Таким об’ектом может служить 'Почти меметическая
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
155
точка, находящаяся на строчке на пути отверстия диска.
Поток, излучаемый ею, остается постоянным в пределах
от — а до +а и равен Ф = Ф, Для всех остальных положе-
ний поток равен 0 (рис. 99).
Тогда на приеме получим следующее распределение
освещенностей. В пределах 2а>х>0.
А Г * NT х*ф
----- | Ф0Л =-------------• ——
(2я)3 J 1 +NT (2«)3
-а
(2а
и в положении 0<х<^—2а
NT к
\-\-Nt' (2а)3
— а
NT
1+NT
(2а -f- х),
т. е. яркость элемента нарастает линейно в пределах двух
длин элемента, переходя через острый максимум (рис. 100).
Отсюда можно сделать вывод, что если в усилительном
устройстве ограничить амплитуды сигналов, действующих на
световое реле, соответствующим смещением на сетках, то
можно получить яркий сигнал только в пределах нахожде-
ния нашей точки; при этом, однако, будут срезаны и те сиг-
налы меньших амплитуд, которые могли быть необходимы
при воспроизведении деталей изображения. Кроме того,
вспышка света ограничивается таким1 смещеним сеток усили-
теля только в направлении движения элемента, но не ограни-
чивается в перпендикулярном направлении, и поэтому такая
точка будет воспроизведена только в форме более или ме-
нее узкой черты; ограничение же в перпендикулярном на-
правлении может быть сделано лишь путем уменьшения раз-
меров элемента, что опять приводит к выводу об увеличе*
нии числа элементов при передаче мелких деталей изобра-
жения.
До настоящего момента не затрагивался вопрос о фор*
ме отверстия или элемента изображения, что делалось толь-
ко в видах упрощения анализа, так как при квадратном от-
верстии все вычисления нарастания площади отверстия име-
ли линейный характре. Форма отверстия, иная чем прямо-
угольная или квадратная, уже сама по себе вызывает необ-
ходимость интегрирования и по Y, которое до этого вре-
мени сводилось к весьма простой операции ныноса посте-
янной величины из-прд знака интеграла, В этом случае вы*
156
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
ражение для освещенности на приемной части развертки,
имевшее вид, при постоянной ширине строчки
NT
принимает следующую форму:
х—а
в которой 2а есть наибольший
диаметр отверстия в на-
правлении хну. Выра-
жение светового потока
Ф на передающей стан-
ции также может иметь
любую функциональную
зависимость, которая, од-
нако, всегда может быть
разложена в ряд Фурье.
Если перейти от незави-
симых переменных $ и т(,
имеющих смысл прира-
щения координат поло-
жения отверстия к од-
ной независимой пере-
менной t (времени), что
Рис. 99. Прохождение точки
Рис. 100. Воспроиз.
ведение точки
возможно, так как скорость движения постоянна и считать
размеры эломе-нтз изображения весьма малыми р обеих ко?
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
15?
ординатах, то выражения для Ф и F представляются инте>
градами Фурье типа
/(О
/ (к) cos ш (/ — к) dk,
О
смысл которого заключается в математической интерпрета-
ции мысли, что сигнал изображения выражается бесконеч-
ной суммой синусоидальных колебаний в бесконечном и
плавном диапазоне частот и амплитуд. Такое заключение
после всех выводов теории телевизионного изображения со-
вершенно бесполезно и должно быть немедленно ограниче-
но, чтобы результат анализа стал- более реальным. Поэтому,
прежде всего этот интеграл ограничивается в отношении
частот и идеальный сигнал f/t заменяется менее точным
шах
/(X) cos о) (/ — X) dX
о
Здесь <отах—2т:/, где f — предельная частота, созда-
ваемая модуляцией изображения. Она может быть принята
Nn
или по какой-либо кратной ее, если считать, что
будет использованы еще и высшие гармонические колебания.
Затем определенная форма отверстия {квадрат, круг) и соче-
тания ее с формой нарастания сигнала (однородное поле,
контур, полутона) определяют функцию /(X) и пределы вто-
рого интеграла, который может быть разбит на несколько
взятых в конечных пределах, в которых f(f) имеет опреде-
ленные значения. В результате такого сужения условий
можно притти к выводу, что воспроизведение сигнала воз-
можно только с некоторой предельной точностью, которая
ограничивается частотами основного колебания и высших
гармонических, а также временем нарастания сигнала Т — —
при движении отверстия на данную часть изображения. Ес-
ли передающий световой сигнал Ф имеет форму прямоуголь-
ных или треугольных импульсов, то разложение его в ряд
Фурье представляется следующими выражениями:
158
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
для прямоугольного.
sin 5о)/
Ф ——-|-Ф0 /"siH — sin 3wf
2 к \ 3
для треугольного
Фа 4Фа / 1
ф = —1 _J---<L / sjn — — sin Зш^
2 к \ 9
Здесь ясно видно, что значение высших гармонических
незначительно при треугольных импульсах, и так как весь-
ма редко встречаются импульсы прямоугольные, то полоса
частот, в которых должна происходить передача сигналов
дальновидения, окончательно ограничивается величиной
основного колебания, определенного числом элементов
изображения и числом кадров, передаваемых в секунду, т. е.
эту полосу пропускания частот и должен
быть рассчитан усилитель фотосигналов дальновидения. Кро-
ме требований амплитудного постоянства усиления в широ-
ком диапазоне частот от N числа кадров до /тах =—-t—, су-
шественную важность имеет отсутствие искажений по фазе
сигналов.
Nn
.На
/max
3. Усилитель сигналов дальновидения
После анализа сигналов дальновидения и разбора вход-
ной схемы включения фотоэлементов остается рассмотреть,
каким условиям должен удовлетворять и как должен быть
выполнен усилитель сигналов дальновидения. Условия, ко-
торые ставятся перед проектированием усилителя, следую-
щие: 1) коэфициент его усиления, 2) частотная характери-
стика и 3) условия неискажения ф1азы колебаний при уси-
лении. 1 i ’ 1
Полный коэфициент усиления задается амплитудой
входного сигнала и амплитудой его на выходе, необходи-
мой для работы светового реле или .модуляционного устрой-
ства радиопередатчика. Низший предел амплитуды входного
сигнала определяется еще его отношением к амплитуде ес-
тественных шумов, возникающих в фотоэлементах, лампах и
сопротивлениях схемы усилителя, от которых избавиться
нельзя; это создает вполне определенные требования к мини-
мальному входному напряжению сигнала. Общий коэфициент
усиления усилителя для работы ламп тлеющего разряда до-
Усилители сигналов дальновидения 159
ходит до 1,5 млн.; другие световые реле требуют еще боль-
ших усилений, и до модуляторов радиопередатчика сигнал
подается с выходной мощностью в несколько киловатт.
По тем требованиям, которые выяснены из оптическо-
го анализа, наиболее целесообразной являлась бы схема
«усилителя постоянного тока», т. е. усилителя на сопротив-
лениях, с уравнением потенциалов анодов и сеток следую-
щих каскадов батареями (рис. 101); при этом может быть
получена полная вопроизводимость на выходе любой фор-
мы сигнала, поданного на сетку первой лампы. Во многих
случаях, когда требуется усиление очень низких частот, та-
кая схема именно и применяется, как например, в усилении
фототелеграфных сигналов, при медленной передаче изоб-
ражения. В дальновидении возможно использовать обыч-
ную схему усилителя на сопротивлениях с переходными кон-
денсаторами, обратив, однако, особое внимание на равно-
мерность усиления в весьма широком диапазоне частот от
25 Herz до многих сотен тысяч или даже 2.10L Herz (рис.
102). Коэфициент усиления одного каскада усилителя с пе-
реходными конденсаторами выражается формулой.
где —внутренное сопротивление лампы, Ra —ее анод-
ное сопротивление, Rg—сопротивление утечки сетки сле-
дующего каскада, Сд—переходная емкость и Со—динами-
ческая емкость входа следующего каскада. В свою очередь
определяется формулой в зависимости от параметров
160
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
следующей лампы Со—С211 +
Выражение для коэфициента
/?1+^+я«М
усиления V имеет
комплекс-
Рис. 102. Схема усилителя сигналов дальновидения без ампли
коррекции^
Рис. 108. Схема оконечного усилителя
сигналов дальновидения
ч » 1
ныи характер типа -------;, модуль которого -у—------------
а -|- /b у -j— b2)
может служить расчетной формулой для некоторых эле"
ментов усилителя, которыми являются Ra, Ry и Cff, при из-
вестном Rj, присущем данному типу ламп. Обычно исполь-
зуется не выражение для V в целом его виде, а отношение
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
161
Униз Для равное наиболее низкой частоте, к VmaI, кото-
рое получается для некоторых средних частот, при кото-
рых вся мнимая часть очень мала. Это выражение приво-
дится к следующем© виду
п
V
Y низ
в которое не входит анодное нагрузочное сопротивле-
ние Ra, вследствие чего и вся формула пр и меняется- для
вычисления Rg Сд. Задаваясь определенной величиной ко-
эфициента искажения по частоте, например, в 0,9—0,95, вы-
числяют величину/? 9 Сд, причем, полагая Rg равной 20 Rif
можно найти С&—емкость переходного конденсатора. Та-
кая величина для R (равная 20 R{ ) взята совершенно про-
извольно из соображений, чтобы ни при каких частотах,
1
при которых------ может оказаться малым, Rg не могло
СрО)
шунтировать внутреннее сопротивление лампы предыдуще-
го каскада. К решению того же вопроса, т. е. нахождению
величины R Сд можно подойти несколько иначе. Если
предположим, что наиболее низкая частота, которую дол-
жен пропустить усилитель, будет частота кадров /V, то заряд
конденсатора Сд должен держаться на нем достаточно дол-
го без существенных потерь (например, до 0,9 начальной
величины), то можно написать, что
0,1
1
откуда также вычисляется Сд Rg. Величину Rg следует рас-
сматривать, как суммарное сопротивление, на которое кон-
денсатор Сд может разрядиться, т. е. с присоединением к со-
противлению утечки еще параллельно присоединенного
~— но в первом приближении R можно считать
просто утечкой сетки следующего каскада.
При повышении частоты приходящего сигнала выраже-
ние коэфициента усиления на каскад V*, показанное выше,
может быть упрощено, тогда оно примет вид:
1t Основы дальновидения
J62 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
г
так как величина ( 1
практически становится
' - 'а 7 -д —д
равной нулю. Если написать опять отношение коэфициен-
тов усиления и упростить это выражение, пренебрегая, ве-
Rj С о J
*а j/ 1 — Z/Z2
например, равной 0,90—0,95 и
вычислить отношение
личинои —то можно получить
Задаваясь величиной
рассчитав заранее величину Со, можно
—, которое по большей части равно
3—4, и из него вели-
чину Ra. Это справедливо, однако
только для усиления
сравнительно невысоких частот, при которых шунтирую1щим
действием Со можно пренебречь. Так как для высоких час-
тот, которые имеют место в усилителе дальновидения, нель-
зя пренебречь величиной------, действующей как параллель-
Со)
ное сопротивление, шунтирующее Ra, то для величины Ra
следует выбрать величину, по крайней мере равную
где со — наивысшая угловая частота, которую должен
пустить усилитель, в нашем случае
_1
Сю,
про-
со
На основании формулы усиления для высоких частот
можно заключить, что при выбранных и подсчитанных эле-
ментах усилителя невозможно’ построить его с равномер-
ным коэфициентом усиления на всех нужных частотах, так
как неизбежно произойдет ослабление усиления на высоких
частотах. Чтобы компенсировать эту неравномерность, при-
нято вводить в анодную- цепь отдельных каскадов усиления
катушки самоиндукции, создающие комплексную нагрузку
в аноде, общее полное сопротивление которой повышается
при повышении частоты. Такая схема оказывается чрезвы-
чайно важной для широкополосных усилителей, если
учесть, как это указано, еще и емкостный эффект анодно-
го сопротивления, который всегда имеется в значительной
степени. Ввиду этого наиболее рациональной формой ком-
пенсации емкостного эффекта сопротивлений в аноде будет
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
163
наличие в нем еще и самоиндукции, удовлетворяющей вы-
ражению L = R2C, при котором сопротивление остается
равным /? на широком диапазоне частот. Разработка теории
усилителя с сопротивлением компенсированного типа, как
указывается здесь, была осуществлена Робинзоном и незави-
симо от него Брауде в Ленинградском электрофизическом
институте. По методу Брауде анодные сопротивления изго-
товляются из тонкой резистивной проволоки в виде одно-
слойных катушек самоиндукции с числом витков л, по фор-
муле
к2 • 10~9
л =-----2-------,
16р2 •/<•(?•</
где — диаметр провода, р — удельное сопротивление,
С — компенсируемая паразитная емкость (в #), d— диаметр
провода с изоляцией, К — коэфициент, входящий в форму-
лу компенсаций L=KR2C, причем К^1. По теории Брауде
выяснено, что наивыгоднейшая величина лежит в пределах
0,414<Х<С0,8, при котором получается наиболее близкое
уравнение амплитуд на всех частотах, а также сдвиг фаз
не переходит допустимых значений.
Любопытно отметить, что такая коррекция амплитуд
усиливаемых токов одновременно осуществляет и фазовую
коррекцию наиболее совершенным способом. Под терми-
ном «коррекции фаз» подразумевается приведение данного
комплексного сопротивления к работе чисто беиндук-
ционного и беземкостного, при котором вектор тока при
всех частотах совпадает с вектором напряжения, на нем
развивающегося. Это требование именно и осуществляется
выбором соотношения L — R2C и наличием одинаковых со-
противлений R в обеих ветвях контура (последовательно с
L и С). Очевидно, что сдвиг фазы токов в каждой ветви
выразится через
1
------------; но так как
С(О/?
La)
RC, то-----т. е.
и
Leo
Если построить круговую диаграмму э. д. с. для обеих
цепей, то векторы R ь! и/?Л расположатся совершенно сим-
метрично, так что равнодействующая составляющих э. д. с.
всегда совпадает с э. д. с., действующей на это сложное со-
противление.
1
164
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
В основной своей работе Робинзон пользуется конту-
ром,, имеющим сопротивление только в одной ветви само-
индукции, и считает, что результаты будут близки к тем, ко-
торые получаются при L — CR2, в случае, если (2nnL)2<Z<iR>
т. е. если L не велико. В своей работе Брауде рассматри-
вает теоретическую схему, аналогичную схеме Робинзона
(с одним сопротивлением в цепи L), и изготовляет эти со-
противления в виде резистивных однослойных катушек,
обладающих собственной емкостью и самоиндукцией, где
сопротивление оказывается присоединенным также парал-
лельно суммарной емкости и также не входит <в обе ветви.
Истинная же теоретическая схема сложного сопротивления,
не зависящего от частоты переменного тока, дана Кольбру-
ком (Colebrook) к его книге „Alternating Currents and Transients"
(стр. 56, 1925 г., Нью-Йорк). Это введение сопротивления R
только в одну ветвь контура не решает, однако, полностью
ни вопроса компенсации частотных искажений, ни вопроса
искажения по фазам.
Вычислим полное сопротивление контура, применяемо-
го Робинзоном и Брауде. Положим, что проводимость ча-
сти L — R будет ух проводимость части С — у2. Тогда полу-
чим
Для резонансной частоты мнимая часть должна равняться
нулю
откуда:
L (о
Я2 +
/?2 + Ь2<о2
и только в случае ZAd2, весьма малом по сравнению7с*/?2,
т, е. для L2(o2 R2, можно пренебречь величиной LV и
написать — или L — CR2. Так как величина со2, входя-
щая коэфициентом в £9о>2 может быть на высоких частотах
очень велика (например 1010, 1012 и т. п.), равно как и L
в высокоомных катушечных сопротивлениях не так уже
мало, то нельзя признать такое аннулирование £2ш2 вполне
обоснованным. Точно так же и сдвиг фаз, вызываемый та-
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
165
ким контуром, далеко не так мал и отнюдь не равен нулю
х
для всех частот. Он подсчитывается, как arctg — всего кон-
тура, имеющего импеданц 2, равный:
= 1 — 1 —
у ~ R* . ( Ь» „ \ —
У----------------1 [ -----------I
/?2 /
Фазный угол ср получим как arctg — этого выражения
Как вычислено ранее, компенсация амплитудных искаже-
ний осуществления условием L = R2C. Подставляя это зна-
чение для L в выражение для tgcp, получим, обозначая &CR
через Д,
tg ср =--------CR а)----------= — (/?С<о)8 = — А3.
R
Практическая схема усилителя дальновидения с исполь-
зованием указанных коррекций (Приведена на рис. 104.
Необходимость коррекции усиления по амплитуде, т. е. на-
личие линейности усиления на всем диапазоне частот, само-
очевидна, в то время как влияние фазных искажений не
имеет столь же большой ясности. Усиление фотосигналов
многокаскадным усилением, как и всякий реальный процесс,
требует определенного промежутка времени между момен-
том появления фотосигнала на входных зажимах усилителя
и моментом его выхода из последнего, т. е. моментом сра-
батывания светового реле. Предположим, что это световое
реле не имеет инерции и действует мгновенно, как только
на нем появляется э, д. с, усиленного сигнала. Линейность
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
амплитудного усиления сигналов всех частот диапазона
дальновидения характеризуется тем, что всякий сигнал, вы-
шедший из усилителя и воспроизведенный световым реле,
создает световой поток равной или совершенно пропорци-
ональной яркости тому световому потоку, который вызвал
ток в фотоэлементе, т. е. первоначальный сигнал. Отсутст-
вие фазовых искажений характеризуется тем, что всякий
УСИЛПТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
167
сигнал, попадающий на вход усилителя, какова бы ни была
его длительность, выйдет из него после одного и того же
промежутка времени.
Таким образом идеальная частотная характеристика
(рис. 106) усилителя) выразится прямой линией, параллель-
ной оси абсцисс в координатных осях: / — амплитуда вы-
ходного сигнала и — угловая
частота сигнала. Если при этом
частотная характеристика сдви-
га фаз ср в зависимости от час-
тоты выразится наклонной пря-
мой линией, выходящий из на-
чала координат, то очевидно,
dz>
что - * 5 это означает, что
сдвиг фаз ср должен быть про-
Рис. 106. Идеальная характери-
стика усилителя дальновидения
порционален чистоте.
Допустимыми искажениями считаются сдвиги фаз не бо-
лее чем на 15—20°, выше которых уже начинает искажаться
изображение.
В дальнейшем расчет усилителя сводится к определе-
нию напряжения анодной батареи и постоянного анодного
тока, идущего через сопротивление R что необходимо для
выбора сечения проводников, из которых эти сопротивле-
ния намотаны. Для этих подсчетов исходят из амплитуды
сигнала на сетке последней лампы, при котором изменения
анодного тока будут наибольшие. Напряжение анодной ба-
тареи, очевидно, будет.
Еб = Еа + Ia Ra,
где 1а — постоянный анодный ток и Еа — постоянное напря-
жение на аноде лампы. Для Еа имеем формулу: 6
Кроме того
где
р
в которой а, —а
величины Еп и Е,м определяются
168
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
графически из нулевой характеристики лампы или по ура-
внению Валлаури (прямолинейная характеристика лампы).
Весьма важной особенностью усилителей, применяемых
в дальновидении, по сравнению с другими типами установок
подобного рода, является необходимость весьма большого
коэфициента усиления и широкого диапазона частот сигна-
лов, подлежащих усилению. Вследствие этого высокий коэ-
фициент усиления может быть осуществлен только большим
числом каскадов усиления, что при наличии централизован-
ных источников питания приводит к генерации усилителя, от
которой весьма трудно избавиться. Как метод уничтожения
подобного недостатка в схему усиления вводятся так назы-
ваемые «развязывающие контуры», состоящие из неболь-
ших сопротивлений (500—500012), включенных между ано-
дом батареи и анодным сопротивлением лампы, и больших
конденсаторов (4 F) между точкой соединения дополни-
тельного сопротивления с анодным и отрицательным полю-
сами батареи. Таким образом питание каждого каскада как
бы переносится к нему отдельно, и ослабляется связь меж-
ду отдельными ступенями усиления через общее для всех
сопротивление источника напряжения. Выбор элементов
«развязывающих контуров» зависит от элементов схемы уси-
лителя и его общего коэфициента усиления, а потому не
должен быть случайным, так как иначе генерирование уси-
лителя может только усугубиться и даже перейти в область
низких частот («стекание»). Свойства усилителя с развязы-
вающими контурами были обследованы В. Баггалли (W. Bag-
gally) и привели к следующим практическим выводам,
имеющим расчетный характер.
Главную роль в общей схеме подобного усилителя
играют: 1) постоянная во времени цепи сетки между каска-
дами
9 2) постоянная во времени развязывающего контура
t=rC,
3) сопротивление источника питания s.
При наличии связи между последней анодной цепью и
первой э. д. с. сигнала возвращается к катодному каскаду
в усиленном виде со сдвигом фаз, определяемым комплекс-
ной формой коэфициента усиления.
Условия стабильной работы усилителя по теории Баг-
галли выражается следующим неравенством:
‘ Rj 2 । ajv / * । 1
. Rn+1 (Tty + Rf) J \ (x2 • у)
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
169
где Ve— общий коэфициент усиления на высокой частоте
при N каскадах усиления (при полном числе кас-
кадов усиления, равном 1),
$ — внутреннее сопротивление анодной батареи,
— анодное сопротивление последнего каскада,
— анодное сопротивление второго каскада,
—внутреннее сопротивление лампы.
L=В А
t гС
„V-]-! — полное число каскадов усиления.
При этом
___________________________4___________
V ~ N— 2 4- |/(N - 2)г + SNx*
Если условия стабильности усиления при наличии раз-
вязывающих контуров не соблюдены, то усилитель начи-
нает генерировать с частотой, определяемой следующей
формулой: о>2Т2
4 __
N — 2 4- ]/(N — 2)2 4- 8№с2
Еще более рациональным, хотя и менее экономичным,
является применение неоновых стабилизаторов напряже-
ния. Схема такого включения получится, если в системе раз-
вязывающего контура заменить емкость С неоновой лам-
пой. Тогда источником анодного питания данного каскада
будет служить напряжение разряда между электродами
неоновой лампы. По свойствам неонового разряда напря-
жение на нем держится постоянным в очень широких пре-
делах при изменении в нем силы тока. Изменение анод-
ного напряжения вызывает только изменение силы тока в
цепи, переводя изменение напряжения на постоянное сопро-
тивление г, при полном постоянстве напряжения между
электродами лампы, что уничтожает всякую связь между
отдельными каскадами. Неоновый или иной стабилизатор
напряжения потребляет не менее 100 mA и стабилизует
питание в пределах 35—50 mA. При дальнейшей нагрузке
стабилизация нарушается вследствие изменения структуры
разряда.
В практическом оформлении усилитель дальновидения
обычно делится на три группы: 1) непосредственно усили-
тель фототоков, состоящий из одного-двух каскадов,
расположенный в одном металлическом каркасе с фотоэле-
ментами или на небольшом от него расстоянии (рис. 102);
170
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
2) усилитель в четыре-пять каскадов, доводящий сигнал до
нескольких вольт (рис. 104) и, наконец, 3) усилитель око-
нечный, состоящий из одного-двух каскадов, питающих све-
товое реле (рис. 103). Этот последний усилитель во многих
случаях приходится осуществлять с весьма низким к. п. д.
ввиду того, что- данное световое реле требует только сигна-
лов высокого напряжения небольшой мощности. Так как
широкий диапазон частот, практически говоря, не допус-
кает применения трансформаторов, то последние каскады
усилителя приходится делать на мощных лампах только
ввиду того, что они позволяют получить сигналы высокого
напряжения. Разработка специального типа оконечных ламп
в значительной степени облегчила бы задачу усиления сиг-
налов дальновидения. На частотную' характеристику усили-
теля существенно влияет правильный монтаж, что вполне
естественно, так как емкостные связи цепей усиления обус-
ловливаются конфигурацией и расположением проводов, но
по этому вопросу очень трудно дать какие-либо конкретные
указания, как только то. что все группы усиления должны
быть тщательно экранированы и экраны заземлены.
Канализация сигналов дальновидения, имеющих совер-
шенно нерегулярный характер, в пределах лаборатории осу-
ществляется по проводам и кабелям. Короткие отрезки ка-
беля ведут себя как сосредоточенные емкости, снимая высо-
кочастотные сигналы, и поэтому предпочтительно работать
по отдельным проводам. Влияние линий более длинных под-
чиняется тем же законам, что и в канализации токов высо-
кой частоты. Затухание линии, 0
снижает сигна-
лы в амплитудном значении по экспоненциальному закону
Е~Е$ Р^где Ео—начальная амплитуда сигнала и I—длина
линии, Р—ее затухание на километр -длины.В этом выражении
частотная зависимость
ние линии R зависит от
входит неявно, так как сопротивле-
Р г _______________________________
частоты по формуле R = —— у
где 7?о—сопротивление на постоянном1 токе, г — радиус про-
водника, п — частота тока, х—’проводимость проводника и
— его магнитная проницаемость. Тогда 0 примет выра-
жение : р
. Кабельный отрезок имеет
еще большее затухание;
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
171
где g — проводимость на километр длины, зависящая от
диэлектрических потерь, так как g=tg?>X2~riC; L и С — само-
индукция и емкость на единицу длины линии. Вследствие
этого, затухание кабеля растет пропорционально не корню
квадратному из частоты, а почти прямо пропорционально
частоте, как это было выяснено из опытов Кравинкеля и
Лауба (Krawinxel и Laub) на трансляционном кабеле радио-
станции в Бреславле. Этот кабель имел затухание р=1,8
Neper/км при ГО6 Hz. Чтобы еще понизить затухание, ка-
бель изготовляется в виде трубы, внутри которой по оси
идет жила второго провода, при этом достигается затухание
до 0,3 Neper/км. Если рассчитать дальность распространения
наивысшей частоты сигнала дальновидения, принимая во
внимание определенное затухание кабеля, то эта дальность
и будет предельной, на которую1 возможна'канализация все-
го комплекса сигналов данного диапазона частот. По’ дан-
ным Кравинкеля передача сигналов дальновидения возмож-
на без промежуточного усиления в пределах, указанных в
табл. 7.
ТАБЛИЦА 7
Род линии
Допустимое
затухание
на дистан-
ции I
Neper
Дистанция
I между
линейными
усилителями
км
Характеристика
изображения
Воздушная (4 мм).........I
Подразд, кабель (0,8 ли)' . .
Специальный кабель (1,4 лш)^
Кабель высокой частоты . .
77
115
4
13—16
30
При 180
строках и
25 кадрах
Трудности широкополосного усиления сигналов дально-
видения в значительной степени устраняются при примене-
нии сигналов как модуляционных импульсов некоторой вы-
сокой несущей частоты. Пусть, например, необходимо уси-
лить сигналы от разложения на 10 тыс. точек при 25 кал-
рах. Полоса диапазона сигналов в этом случае будет от
25 Hz до 125 тыс. Hz, т. е. частота меняется в 5 тыс. раз.
Если применить те же сигналы для модуляции несущей час-
тоты в 300* тыс. Hz, то полосы спектров модулированных
сигналов будет от 175 до 425 тыс. Hz, т. е. частота несущего
колебания меняется менее, чем втрое. Расчет усилителя по-
добного типа не отличается существенно от расчетов уси-
лителей высокой частоты с более широкой полосой пр опус-
172
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ IV
кания, чем это делается нормально. Преимущества усиления
сигналов дальновидения с несущей частотой заключаются в
равномерном усилении всех частот, а также в возможности
трансформации амплитуд, что необходимо в работе неко-
торых световых реле. Несущая частота выбирается по край-
ней максимальной частоте сигналов, чтобы избежать регу-
лярной модуляции изображения биениями, которые выра-
жаются дополнительной сеткой темных пятен, покрывающих
все изображение. Такая схема усиления была осуществлена
Кравинкелем; она представлена на рис. 105.
*
ЧАСТЬ V
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
В СВЕТОВЫЕ
1. Модуляторы света для приема дальновидения
Фотосигналы дальновидения, полученные по проводам
или по радию и доведенные до определенной мощности при-
емным усилителем для получения видимого изображения на
приемном устройстве преобразуются обратно в световые им-
пульсы, пропорциональные тем световым потокам, которые
вызвали появление фототока в электрической схеме пере-
дающего устройства. Поэтому свойства светового модуля-
тора должны соответствовать тем же требованиям, которые
пред’являются к фотоэлементам передатчика, но* лишь в об-
ратном порядке. Иначе говоря, яркость световых вспышек,
создаваемых таким1 модулятором, должна получиться про-
порционально напряжению или силе тока получаемого сиг-
нала. Между электрическим сигналом, появившимся в цепи
светового модулятора и создаваемым* им светом, не должно
быть никакого запаздывания во времени, и кроме того его
частотная характеристика не только* не должна отличаться
от характеристики всего устройства, но даже должна рас-
пространяться на диапазон еще более высоких частот мо-
дулируемого света.
Таким образом при общепринятом стандарте 25 кадров
в секунду скорость, с которой должен срабатывать такой
модулятор, находится в зависимости от числа строк разло-
жения изображения в пределах частот от 7,5 до 250 тыс. в
секунду при работе от 30 до 120 строк развертки. Ввиду
этого становится совершенно ясным, что применение каких-
либо механических заслонок или затворов, хотя бы и весь-
ма легкого типа, совершенно не реально в практическом
дальновидении, так как лишь весьма совершенные шлейфо-
вые осциллографы позволяют регистрировать частоты по-
рядка 10 тыс. пер/сек. Дальновидение высокого качества, при
разложении изображения на 180 и 240 строк, предъявляет к
световому модулятору еще более высокие требования, так
174
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
как наибольшая частота сигналов становится уже 500 тыс. и
1 млн. пер/сек, и следовательно, световой модулятор, пригод-
ный для приема изображения с подобной четкостью, явля-
ется электрооптическим прибором высокой частоты, кото-
рый может быть реально выполнен лишь при использова-
нии соответствующих физических явлений.
К таким процессам, в которых сочетаются возникнове-
ние или изменение световой энергии с высокочастотными
электрическими и механическими колебаниями, можно от-
нести следующие физические явления:
1) колебания механического (шлейфового) ос-
циллографа ...............................
2) колебания пьезокварцевого резонатора (мем-
браны или пластинки) .....................
3) разряд в газах и металлических парах , . .
4) эллиптическая поляризация в камере Керра
5) свечение некоторых веществ под влиянием
бомбардировки электронами (в катодных
трубках) .......... ......................
но в сочетании с одновременным синтезом
изображения ............................
до 10—15 • 103 пер/сек,
„ 106 пер/сек,
„ 200 тыс. пер/сек,
„ 10е пер/сек,
104
1*
„ 107 и выше.
Все эти явления, примененные к устройству преобразо-
вания электрических сигналов в световые импульсы, могут
быть разделены по принципу работы таких приборов на две
группы: 1) собственно модуляторы постоянного источника
света, к которым можно отнести модулятор света со* шлей-
фовым осциллографом, пиезокварцевьим резонатором, ка-
мерой Керра и 2) светогенераторы высокой частоты, в ко-
торых мощность сигнала идет непосредственно* на образова-
ние световой энергии (например, свечение газа, накаливание
нити лампочки; получение искры), конечно, с определенно
малым к.п.д. В этом случае сигнал усиливается катодными
усилителями и мощность световой энергии определяется
мощностью* самого сигнала и усилителем, а также к.п.д. всей
системы. Модуляторы постоянного источника света требуют
определенной мощности, необходимой лишь для соверше-
ния данного физического явления, как поворот зеркальца
осциллографа, сжатие пластинки кварца, образование опре-
деленного поля в конденсаторе Керра и мощность светово-
го сигнала определяется, в основном, лишь применяемым по-
стоянным источником, без непосредственной зависимости от
мощности приходящего сигнала. Ввиду этого приборы та-
кого типа (первой категории) называются «световыми ре-
ле», тогда как приборы второй категории могут быть наз-
ваны «светогенераторами» или просто «высокочастотными
лампами».
,1
й
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
175
Применение флуоресценции при электронной бомбар-
дировке экрана более подходит под первую' категорию
(«световые реле»), так как мощность сигнала не расходуется
непосредственно на образование света (свечение экрана), ко-
торое зависит только от местных условий режима катодной
трубки. Но так как явление это связано с процессами в
электроннолучевых устройствах («катодных трубках»), то
такие приборы не относятся к нашей классификации, и ра-
бота их изложена в части книги, относящейся к катодному
д аль нов идеи ию.
Для удобства изложения рассмотрим сначала свойства
высокочастотных генераторов света, разработанных в со-
временном дальновидении для механических телевизоров, в
виде ламп тлеющего разряда в разреженных газах, ламп с
металлическими парами (натрия и ртути) и различные их
видоизменения для больших экранов и пр.
2. Применение свечения газов в высокочастотных лампах
То явление, о котором упоминалось выше и которое
могло быть применено для устройства высокочастотного ис-
точника света, есть свечение разреженных газов и паров
некоторых металлов под влиянием прохождения электриче-
ства. Если приложить некоторую разность потенциалов к
двум пластинкам, запаянным в качестве электродов в сосуд
с разреженным газом, то при достижении этой разностью
потенциалов определенной величины, газ начинает светиться
и между пластинками проходит ток. Этот ток существует
еще и до начала свечения газа, но обычно он настолько слаб,
что замечается только точными измерительными прибора-
ми. Ток до начала свечения вызывается выходом электронов
с поверхности катода, в> который ударяют положительные
заряженные ионы газа, оказавшиеся случайно внутри труб-
ки, или вследствие столкновения молекул газа под влиянием
поля между пластинками (рис. 107). Электроны движутся по
направлению' к аноду со с к о ро с т ь ю, пропорциональной
приложенному напряжению и на своем пути ионизируют
некоторые молекулы газа, выбивая с атомных орбит элект-
роны, которые также частично прибавляются к общему
электронному току, в то время как лишенные хотя бы час-
тично электронов положительно заряженные ионы летят на
катод. Удары ионов в электрод катода еще более повышают
испускание электронов, и процесс продолжает развиваться
до достижения максимального значения. Выход электронов
с отрицательного электрода без бомбардировки ионами воз-
176
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
можен при очень сильном поле, при невысокой температуре
(комнатной), но совершается более энергично и при сравни-
А. (Электр. 4- кине г. энерг.)4-невозб. нейтр. молек.=по.;. ион+2 электр. (Дкинет. энерг.)
В. (Электр.+ кинет. энерг.) i-невозб. молек.— возб. нейтр, молек.-f-1 элеь.р),
С. 2 невозб. нейтр. молек.+ кинет. энерг* = 1 невозб. нейтр. молек.+полож. ион-f-l электр
D. электр. + возб. нейтр. молек. =невозб. нейтр. молек.+(1 электр.-ркинет. энерг.)
К. 2 возб. нейтр. молек. = 1 невозб. молек.+1 пол. ион + 1 электрон
Рис. 107. Принцип ионизации газов
тельио низких потенциалах (например, под влиянием све-
та), при покрытии катода фотоактивным металлом (цезием).
Еще более благоприятное положение создается, когда газо-
вый разряд совершается между электродами, из которых
катод накален и обладает термионной эмиссией с весьма
обильным выделением электронов. В этом случае электроны
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
177
с накаленного катода производят первичную ионизацию' га-
за или же переводят его в так называемое «метастабиль-
ное состояние», перемещая часть электронов на внешние
орбиты, в дальнейшем происходит ионизация при более
низких градиентах потенциала.
Мета-стабильные атомы переходят уже через очень ко-
роткое время в свое нормальное состояние, выделяя избы-
ток своей энергии в виде световых квант. Длина световой
d
I
d
108. Свечение в газе при различных давлениях
волны зависит от номера той электронной орбиты, т. е. во
личины запасенной или .потенциальной энергии на которую
электрон возвращается.
Нормальный разряд в трубке с холодными электродами
и с разреженным газом, при давленях от нескольких мм
До 0,01 мм, делит пространство между электродами на от-
дельные светящиеся и темные части, причем размеры это-
го деления зависят от давления газа. Основных делений раз-
ряда четыре (рис. 108). Ближайшая к катоду часть не све-
19 _
1 “ Основы дальновидения
Х78 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
тится и называется «Круксовым темным пространством» I,
затем идет первое свечение газа, так называемая «отрица-
тельная колонна свечения» II. Далее находится второе тем-
ное пространство, называемое «Фарадеевым темным про-
странством» III, после которого начинается «положитель-
ная колонна свечения» IV, идущая вплоть до самого анода.
Чем меньше давление газа в трубке, тем значительнее по
об’ему Круксово темное пространство и отрицательное све-
чение, и тем меньше заметно свечение -положительной ко-
лонны.
При повышении давления1 Фарадеево темное простран-
ство уменьшается и надвигается на отрицательную колонну
свечения, придавливая ее к катоду и сводя Круксово темное
пространство к весьма тонкому слою между отрицательным
свечением и электродом.
Одновременно растет положительная колонна свечения,
занимая все более значительную' часть трубки. Дальнейшее
повышение давления вызывает расслоение Положительной
колонны на более мелкие слои, отрицательное свечение поч-
ти незаметно, а при весьма малых давлениях(10 3— 10~4 мм
Не) свечение газа прекращается, хотя наличие ионизации
газа еще можно констатировать, если включить точный из-
мерительный прибор последовательно с трубкой, на кото-
ром моменты ионизации отмечаются внезапными толчками
тока при постепенном повышении общего напряжения. Труб-
ка с разреженным газом, включенная в источник напряже-
ния, при наличии свечения газа, представляет собой провод*
ник, в котором' распределение потенциалов по его длине
имеет весьма сложный и очень интересный характер. Наи-
большая часть разности потенциалов, приложенной между
катодом и анодом, приходится на Круксово темное про-
странство, и только сравнительно- небольшая часть распре-
делена на ярко светящиеся области. Если поверхность ка-
тода велика, и мы будем менять силу тока, проходящего
через трубку, то вначале отрицательное свечение займет
только небольшую- часть над поверхностью' катода, затем
при повышении тока разряд покрывает все большую часть
электрода, причем плотность тока на единицу поверхности
остается без изменения. Когда вся поверхность катода по-
крыта свечением!, яркость его увеличивается, и начинает из-
меняться также плотность тока. Весьма замечательно при
этом, что напряжение остается постоянным на Круксовом
темном пространстве, пока катод полностью не покрыт све-
чением. Это напряжение называется «нормальным катодным
падением» тлеющего разряда1
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
179
На практике такое свойство тлеющего разряда послу-
жило основанием для конструкции стабилизаторов напря-
жения, весьма остроумных по замыслу и выполнению.
На рис. 109 изображен неоновый стабилизатор фирмы
«Stabilvolt» в Германии. Выпрямленный1 и сглаженный
фильтром переменный ток питает стабилизатор через неко-
Рис. 109. Стабилизатор напряжения фирмы „Stabilvolt"
торсе споротивление (рис. 110). Разность потенциала меж-
ду электродами газового разряда стабилизатора остается
постоянной, несмотря на изменение питающего напряжения,
так как это изменение вызывает лишь изменение тока в це-
пи газового разряда, вследствие чего избыток напряжения
падает на балластном сопротивлении.
Стабилизатор фирмы i«Stabilvolb является одновремен-
но и делителем напряжений, для чего в одном баллоне по-
мещена серия колпачковых электродов, помещенных на не-
большом расстоянии один от другого, от каждого из кото-
рых имеется вывод в ножку прибора. Наружный и внут-
ренний электроды являются токоподводящими, промежу-
точные электроды подразделяют разряд на секции, на каж-
дой из которых падает постоянное напряжение.
Неоновый стабилизатор — прибор очень удобный, но
обладает тем недостатком, что ток питания самого газового
разряда должен быть, по крайней мере, в 3—4 раза больше
того тока, который должен питать последующее устройство.
Стабилизаторы строятся1 на различные напряжения,
одна из форм его выполнения (на 540) показана на рис. 110.
Нормальное падение напряжения зависит от свойств ка-
тода и колеблется от 60 V (при щелочных металлах на ка-
12*
180
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
тоде) до 400 V, После полного покрытия катода свечением
напряжение на Крукс-овом пространстве изменяется, возрас-
тая, и называется «аномальным», доходя в некоторых
случаях до нескольких тысяч вольт. Если приблизить элект-
род анода к катоду, то это изменение расстояния между
электродами уничтожает светящиеся части положительной
Рис. 110. Стабилизатор-потенциометр фирмы ,,Stabilvolt“
колонны, не влияя на остальную’ часть свечения до тех пор,
пока анод не попадает в Круксово темное пространство,
после чего свечение газа прекращается. Таким образом
причиной тлеющего свечения газа является наличие Крук-со-
ва темного1 пространства, в котором электроны, летящие с
катода, получают наибольшее ускорение, приобретая мак-
симальную возможность ионизации газа; в этом же про-
странстве совершается накопление и обратное движение по-
ложительных ионов, образованных на крайней поверхности
отрицательной колонны свечения, под ударом которых из
182
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
катода происходит выбивание новых электронов, необходи-
мых для ионизации. «Нормальное» падение напряжения на
катодном пространстве зависит, кроме того, от ’природы
газа и электродов и выражается следующей таблицей, из
которой видны преимущества применения благородных га-
зов (Не и Ne) и покрытия катода щелочными металлами
(К, Ва), при которых падение наименьшее.
ТАБЛИЦА 8
Материал катода Г а 3
N3 Нг Не Ne Аг
К 170 94 69 68 64
Ва 157 86 93
Mg 188 . 153 125 94 119
Al 179 171 141 120 100
Pt 216 276 168 152 131
Положительная колонна свечения обладает наибольшей
яркостью и по своим свойствам приближается к вольтовой
дуге. Эта колонна имеет так же, как и дуга, «падающую» ха-
рактеристику, выражающую зависимость проходящего че-
рез нее тока от напряжения на ней (вернее, от градиента по-
тенциала).
Все описанные здесь свойства газового разряда лежат в
основе конструкции газосветных ламп, применяемых в даль-
новидении.
В зависимости от использования той или иной области
свечения лампы именуются «с положительной» или «с от-
рицательной» колонной свечения и имеют соответствующую
конструкцию электродов, стимулирующую разряд преиму-
щественно в данной части ионизации газа. Форма электро-
дов этих ламп приспособлена для их использования к соот-
ветствующим' механизмам разложения изображения, что
практически создало* три типа: 1) лампы плоскоэлектродные,
2) точечные и 3) щелевые, в виде узкой светящейся линии.
Плоскоэлектродные лампы (рис. 112) применяются толь-
ко1 в телевизорах с диском Нипкова или цилиндром с от-
верстиями, точечные дают возможность проектировать изо-
бражения на экран при помощи линзового диска или бара-
бана Вейлера и, наконец, щелевые необходимы только для
зеркального винта.
Плоскоэлектродные лампы работают с отрицательной
колонной свечения и представляют собой систему двух эле к-
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
183
тродов, один из которых — катод—< имеет форму плоской
полированной пластинки, расположенной непосредственно
за проволочной прямоугольной рамкой, являющейся ано-
дом. Расстояние между этими электродами около 1—2 мм,
положительная колонна свечения в ней сдавлена, так как
анод почти непосредственно' находится в области отрица-
тельного свечения. Рабочий режим лампы выбран в области
Рис. 112. Плоско-
электродная лампа
Рис. 113. Неоновая лампа с
водявым охлаждением
аномального катодного падения потенциала, так как вся
поверхность катода должна равномерно светиться, не до-
пуская какого-либо’ движения тлеющего разряда вдоль по-
верхности. «Нормальный»’ режим катодного потенциала лам-
пы был бы недопустим, так как сама поверхность катода яв-
ляется фоном*, на котором наблюдается изображение сквозь
отверстия диска и, следовательно, ’малейшее перемещение
разряда, наблюдаемое сквозь отверстия диска, создало бы
неправильное геометрическое расположение элементов изо-
бражения. Обычно такие лампы ставятся непосредственно
за диском Нипкова без каких-либо* оптических систем, рас-
ширяющих угол зрения, но между диском и глазом, наблю-
дателя ставится лупа, несколько увеличивающая изобра-
жение на диске. Размер пластинки катода 4,5 X 6 см. Сила
света таких ламп очень невелцка, от 0,2 до. 0,7 свечи, при
184
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
яркости от 0,0013 до 0,017 стильба. Для повышения яркос-
ти и увеличения размеров катодов были построены образ-
цы подобных ламп с большой плотностью тока (^6т А/см2)
лабораторией Белл К0 в Америке, с применением водяного ох-
лаждения (рис. 113). Это последнее средство было необхо-
димо, потому что при сильном нагревании катода от него
развивалась значительная термионная эмиссия, и в Круксо-
в-ом темном пространстве, лежащем весьма тонким слоем на
Рис. 114. Точечная
лампа ЦРЛ
Рис. 115. Точечная
лампа с охлажде-
нием катода
катоде, появлялся пространственный отрицательный разряд
термоэлектронов, который компенсировал заряд положи-
тельных ионов, созданный светящейся отрицательной ко-
лонной, ввиду чего правильность свечения нарушалась, и
лампа переставала работать. Однако такие лампы с водяным
охлаждением распространения не получили вследствие доро-
говизны конструкции и необходимости больших мощностей
для их работы. Лампы Белл К° потребляли 50 W при
200 mA рабочего тока сигнала.
Форма электродов плоскоэлектродных ламп довольно
сильно менялась, но наиболее употребительной признана
форма* рамки и пластинки, в< каком виде она и получила на-
ибольшее распространение. Как источник света высокой час-
I
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
185
тоты плоскоэлектродная лампа может работать без искаже-
ний до 140 тыс. пер/сек (тип «Электрозавода» и «Пресслер»),
причем частотные ее свойства ухудшаются при перегрузке
током. Указанная цифра 140 тыс. пер/сек относится к рабо-
те при 40—60 mA немодулированного свечения. По своим
частотным свойствам эта лампа пригодна для приема изо-
бражений до 10 тыс. точек. К сожалению, ее яркость настоль-
ко невелика, что применение ее выше 4 тыс. точек совер-
шенно невозможно, но при работе на 4 тыс. точек (60 строк)
она дает очень хорошие результаты.
Точечные лампы применяются
двух типов: с холодным и горячим
катодами. Во втором случае исполь-
зуется преимущественно положитель-
ная колонна сечения, для чего катоду
придана форма цилиндра с дном и
отверстием в нем, перед которым рас-
положен кружок анода также с от-
верстием. Горячий катод помещен
внутри цилиндра и служит для частич-
ной ионизации газа внутри цилиндра
и отверстий дна, разряд же имеет ме-
сто внутри отверстия пластинки ано-
да. В другом типе этих ламп холод-
ный катод устроен в форме трубоч-
ки, перед которой находится кружок
с отверстием (анод), и разряд совер-
шается частично внутри этой трубоч-
ки, частично в отверстии анода. Бла-
годаря тому, что здесь имеет место
и положительное и отрицательное
сечения, режим работы получается
очень запутанным, отчего страдает
частотная характеристика лампы, То-
чечные лампы имеют пределом их ра-
боты частоты около 20—25 тыс. и тоже
Рис. 116. Точечная лампа
типа Пирани .
непригодны для большого числа строк (больше 60), хотя и
по иной причине, чем предыдущие^ Их яркость больше, чем
У ламп плоскоэлектродных, и доходит до 7,0—9,0 стильбов.
При использовании этих ламп с линзовым диском или коле-
сом Вейлера должно быть обращено особое внимание на
размеры отверстия в анодной пластинке. Это' отверстие дол-
жно точно соответствовать расчетным данным диска или
колеса, как это уже указывалось на стр. 90, так как иначе на
экране произойдут перекрышки строк, или появятся темные
186
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V.
полосы между ними. Рабочий ток ламп этого типа доходит
до 150 mA; различные виды их конструкций показаны на
рис. 114 и 115.
Более совершенный тип точечных ламп с горячим ка-
тодом известен под названием «Lichtspritze» (типа Пирани,
рис. 116). Горячий катод такой лампы окружен высоким, со
всех сторон замкнутым, цилиндром, имеющим в верхней час-
Рис. 117. Натровая лампа ЦРЛ
ти трубочку, перед которой снаружи помещен кольцеобраз-
ный электрод анода; цилиндр присоединен к катоду. Бла-
годаря значительному расстоянию от катода до отверстия
трубочки, отрицательное свечение не смешивается с поло-
жительным, и разряд имеет режим с характеристикой одного
падения потенциала на нем (только падающей), вследствие
чего улучшены частотные свойства самой лампы, однако и
в этой конструкции точечная лампа имеет частотную харак-
теристику значительно худшую, чем1 плоскоэлектродная;
крайний предел ее до 20—30 тыс. пер/сек.
Использование положительной колонны свечения нашло
себе место в лампах с металлически1ми парами щелочных ме-
таллов (главным образом натрия). Устройство таких ламп
несколько отличается от уже описанных, ввиду того, что па-
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 187
ры натрия должны находиться при температуре более 160°.
Форма стеклянного баллона принята здесь в виде U или зиг-
загообразная из нескольких витков стеклянной трубки
(рис. 117). Электроды запаяны по концам трубки и имеют
катоды в виде накаленной нити и анод в форме короткого
цилиндрика. Трубка наполняется аргоном и парами натрия,
частично оседающими на стенках. При включении тока под
влиянием эмиссии катода возникает свечение аргона, кото-
Рис. 118. Щеле-
вая лампа
Рис. 119. Щелевая лампа
со ртутными парами
Рис. 120. Безэлектрод-
ная лампа Берда
рый вводится в качестве первоначального возбудителя, и
производится добавочное подогревание трубки электриче-
ской печкой. По достижении парами натрия надлежащей
температуры возникает свечение положительной колонны,
яркость которой достигает 7—10 стильбов.
Чтобы использовать такую лампу для диска Нипкова,
перед трубкой ставится матовое стекло. Частотные свойства
лампы такого типа доходит до Ю5 Hz. Эта лампа является
наиболее совершенной газосветной лампой дальновидения,
хотя и несколько громоздкой вследствие необходимости на-
личия подогревателя. Наиболее рациональной конструкцией
натровой лампы является щелевая лампа, в которой нет по-
догревателя, и роль последнего восполняет нагрев стенок са-
мим разрядом. Во избежание потерь тепла в атмосферу
188
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
трубка такой лампы окружена другой трубкой, спаянной с
ней герметически, причем из пространства между этими
трубками выкачан воздух. Затруднением в изготовлении по-
добных ламп является применение специальных сортов стек-
ла, не темнеющего под влиянием паров натрия при высоких
температурах.
Щелевые лампы (рис. 118), необходимые для зеркаль-
ных винтов, устраиваются также по типу тлеющего разряда
в неоне и отличаются' только формой электродов. Эти лам-
пы обладают столь же хорошей частотной характеристикой,
как и плоскоэлектродные. Типичной конструкцией электро-
дов таких ламп является комбинация двух электродов из
плоских узких пластинок, поставленных вертикально внут-
ри стеклянной трубки. Для малых зеркальных винтов мож-
но применять простые плоскоэлектродные лампы, повер-
нутые краем пластинки по направлению к винту, закрытые
цилиндрическим1 колпаком со> щелевой прорезью.
Иногда щелевые лампы устраиваются в форме простой
линейной трубки Гейсслера; подобная конструкция была
осуществлена с ртутными парами Г. Лейгаузером (G. Leiha-
user) и В. Шульцем' (W. Schulz) в институте Герца в Берлине
(рис. 119), а также в СССР в ВЭИ, но применение таких
ламп затрудняется необходимостью питания их сигналами
высокого напряжения (до 1 000 V) при довольно значитель-
ной мощности — ГО—15 W.
Весьма интересным вариантом работы газосветных ламп
является питание их током высокой1 частоты. Разряд высо-
кой частоты в разреженных газах может осуществиться без
всякого введения электродов* внутрь баллона лампы, если
только градиент поля, в котором находится лампа, достато-
чен для получения ионизации газа. Такие лампы носят на-
звание безэлектродных и устраиваются в форме полых ша-
ров плавленного кварца или специальных кварцевых трубок,
помещаемых в поле мощного генератора высокой' частоты,
например, © пучности потенциала или внутри катушки коле-
бательного контура (рис. 120). Модуляция совершается из-
менениями режима работы генератора и представляет те же
трудности, что и широкополосная модуляция радиопередат-
чика, вследствие чего работы в этом направлении еще не
закончены, хотя и позволяют ожидать получения весьма
больших яркостей свечения (до 500 стильбов).
Другим вариантом применения тлеющего разряда яв-
ляется реализация больших экранов из многоклеточных па-
нелей с маленькими лампочками подобного типа. В своих
работах 1927 г. лаборатория Белл К0 осуществила экран
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
189
(рис. 121) размерами 2 X 2^2 фута, из длинной стеклянной
трубки, изогнутой зигзагами, с 2 500 электродами, выведен-
ными на вращающийся коммутатор, приводимый в синхрон-
ное вращение мотором. Свечение возникает в каждый дан-
ный момент в одной точке и следует движению отверстия в
рамке кадра диска Нипкова. Механическая коммутация боль-
шого числа самостоятельных источников света не оправда-
ла себя на практике, хотя были предложены и более прос-
тые конструкции экрана, как, на-
пример, Бердом в его экране из ма-
леньких ламп накаливания. Поэтому
проблема получения большого эк-
рана в дальновидении является не-
решенной и по настоящее время.
Электрическая схема включе-
ния неоновых ламп весьма проста,
так как их параметры, сила тока и
напряжение зажигания подобраны
так, чтобы лампу можно было вве-
сти прямо в анодную цепь послед-
Предлагавшиеся ранее схемы с
компенсацией постоянной составля-
ющей тока (рис. 122) практически
оказались менее удобными ввиду
того, что световые сигналы полу-
чаются более естественной контра-
стности, когда рабочие импульсы
выражены в виде + AV, а не только
на анодного тока в такой схеме регулируется смещением сет-
ки усилительной лампы, для которых иногда применяется
параллельное включение. В некоторых случаях применяются
и другие схемы включения неоновых ламп, например, па-
раллельно анодному сопротивлению- или параллелью- самой
лампе, иногда через конденсатор с дополнительной бата-
реей, напряжение которой близко к напряжению зажигания
лампы. Это делается для того, чтобы зажигание лампы про-
исходило уже при небольших сигналах.
Как преобразователь электрической энергии в свето-
вую- неоновые лампы обладают довольно’ различными харак-
теристиками, хотя в большинстве случаев они имеют зна-
чительную прямолинейную- часть, на которой и совершается
работа.
Что’ касается вольтамперной характеристики, то она
имеет частично падающий вид, о чем1 уже упоминалось вы-
ней лампы усилителя (рис. 122)
Рис. 121. Многоклеточный
экран
+ AV. Средняя величи-
190
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
ше, в нормальном режиме разряда и лишь при повышении
напряжения выше нормального, линейно возрастает и за-
висит не только от ’конструкции, но и от давления газа,
т е. меняется в различных экземплярах ламп. В процессе
VR
разряда в лампах проис-
ходит нагревание элек-
тродоров, и давление га-
за меняется, что особен-
но заметно при первых
вспышках, пока не уста-
новилось среднеравновес-
ное состояние. Сущест-
венную роль играет еще
и остаточная ионизация
газа которая продолжа-
ется во время разряда,
-V
Рис. 122. Схемы включения неоновой лампы
вследствие чего напряжение зажигания неоновой лампы
больше напряжения погасания. Разность этих напряжений
зависит от многих причин, главным образом, от давления
и расстояния между электродами. При всех лампах для даль-
новидения это различие является вредным и в нормальных
лампах оно колеблется’ от 10 до 20 V. В лампах с работой в
положительной колонне свечения такая величина может
быть1 гораздо больше (colOO V и выше). В работе схем даль-
новидения, как уже упоминалось, неоновая лампа вводится
в режим аномального падения потенциала на ней, который
связан с нормальным падением и размерами лампы следу-
ющей формулой Старка (Stark):
аном — И норм ~j V I kf * р * S
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
191
где к и к’ — постоянные для данного газа, i — сила тока
в разряде, р — давление газа и S — поверхность катода.
Выражая по этой формуле плотность тока 1 = 1-/см\ полу-
чим, что при Уаннм / пропорционально р2—квадрату дав-
ления, но при VaHOM = FHopM пропорционально давлению ли-
нейно:
Типичная вольтамперная характеристика неоновых ламп
представлена на рис. 123, на которой видна ея падающая
часть в начале.
Рис. 123. Характеристка неоновых ламп
Газосветные лампы тлеющего и положительного разря-
дов всех форм и конструкций являются единственными ге-
нераторами света высокой частоты. Все остальные методы
преобразования электрических сигналов в световые осно-
ваны на модуляции постоянного источника света. Вопрос о
применении флуоресценции будет освещен в катодном даль-
новидении.
3. Световые реле
Под общим термином световых реле в дальновидении и
фототелеграфии известны электромеханические или элект-
рические приспособления, при помощи которых электриче-
192
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V ~
ский сигнал любой продолжительности изменяет яркость
обычного источника света. Частотные ограничения, которые
ставит перед таким прибором проблема дальновидения, не
дают возможности использовать какие-либо обычные меха-
нические заслонки, работающие от электромагнита. Един-
ственным прибором подобного типа, и то лишь в ограничен-
ном диапазоне действия, является шлейфовый' осциллограф,
представляющий собой упругую струну в форме петли, на-
тянутую между полюсами постоянного магнита, на которой
Рис. 124. Модулятор света со шлей-
фовым осциллографом Михали
приклеено маленькое зер-
кальце. Это зеркальце рас-
положено посредине длины
струны, как раз между по-
люсами магнита, и при про-
хождении тока по струне
поворачивается на опреде-
ленный угол. Луч света от
постоянного точечного ис-
точника собирается на этом
зеркальце и отражается от
него на треугольную диа-
фрагму. По мере поворота
зеркальца через диафрагму
проходит большое количество света, который в дальнейшем
направляется на механизм разложения изображения, напри-
мер, линзовый диск или барабан Вейлера; последний и дает
синтез изображения на экране.
Шлейфовый осциллограф, как модулятор света, при-
менялся только в первых опытах по дальновидению1 (рис.
124). Однако в связи с разработкой подобных приборов для
записи звука в звуковом кино оказалось возможным приме-
нить его и для дальновидения небольшой четкости (1200 то-
чек). Последние модели шлейфов с постоянными магнитами
Сименса регистрируют сигналы с частотой до 13 тыс. пер/сек
и потребляют около 100 mA переменного тока. Если вспом-
ним что дальновидение в 1200 точек требует всего
7500 пер/сек, то станет ясным, что подобный модулятор
вполне пригоден для работы! и в дальновидении, хотя и с
ограниченной четкостью. Собственная частота натянутой
струны (не бифилярной петли) выражается формулой.
где Т — натяжение струны, М — масса ее и I—длина.
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 193
Бифилярная петля имеет ту же собственную частоту,
так как каждая из ее сторон колеблется независимо, как от-
дельная одинарная струна. Выгода бифилярной петли за-
ключается в том, что в данном случае зеркальце, приклеен-
ное краями к серединам обеих струн, поворачивается вокруг
вертикальной оси сразу двумя движениями краев. При ма-
лых расстояниях между струнами (0,3 мм) сравнительно не-
большие токи позволяют получить значительные повороты
зеркальца, и следовательно, глубокую модуляцию; Если на-
грузка, создаваемая зеркальцем, не более 20>—30% веса стру-
ны, то частота осциллографической петли с зеркальцем вы-
числяется из соотношения
где f к — частота петли с зеркальцем, М — масса струны,
ш3ерК — масса зеркальца. Для увеличения затухания петли
кожух шлейфа наполняется прозрачным маслом и имеет сте-
клянное окошко перед поверхностью* зеркальца. Вследствие
того, что поверхность зеркальца очень мала (1 X 1,5 мм),
для правильной работы должны быть применены точные
оптические системы, и только при этих условиях можно по-
лучить преимущество в модуляционном эффекте по срав-
нению, например, с камерой Керра.
При развитии дальновидения предлагались и другие
варианты механических модуляторов, например, применение
зеркальных мембран, работа элекромагнита на оптический
контакт, но, как уже не раз говорилось, все эти приспособ-
ления непригодны для дальновидения вследствие их чрез-
мерной инерционности. Из механических колебаний, кото-
рые могли бы быть 'использованы для замены колебаний
шлейфа, могут найти применение колебания пьезокварце-
вого резонатора. В этом виде модуляторы света патентова-
лись, но не получили реального осуществления. Модуляция
света на звуковом диапазоне частот осуществлялась с по-
мощью и более простых средств, как, например1, струнным
гальванометром, оптическим контактом и мембраной, НО' вы-
сокочастотная модуляция была реально осуществлена лишь
на принципе электрооптического явления Керра.
4. Теория и устройство камеры Керра
В теории оптических явлений, в основании свойств ес-
тественного луча света положено представление колеблю-
13 Основы дальновидения
194
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
щейся частицы, совершающей эллиптическое движение, не-
прерывно меняющееся по направлению- траектории эллипса,
при непрерывном изменении отношения1 главных осей эллип-
са. По временам эта эллиптическая траектория превращается
или в круг или в прямую- линию-. Если ни одна из этих форм
не преобладает, то- луч считается' естественным, и в таком
виде он приходит от всех источников света. Как всякое эл-
липтическое движение, такая траектория может быть пред-
ставлена как сумма двух колебаний.
x = c*cos9 и у = b cos (9 4" s),
которые геометрически складываясь, дают уравнение тра-
ектории частицы в виде
У _ 2 ху
a2 ab
cos 8 4- = sin2 3,
b2
3 — есть угловая разность фаз между колебаниями по х и у.
&
Если 8 = 0, то sin 8 = 0 и cos 8 = —1—1, то получим у = — х,
а
уравнение прямой наклоненной к оси х под углом <р =
= arctg-—, Положив, что 8 = 7t, получим cos8 = —1, sin8 =
а
—О, и будем иметь у
х—уравнение прямой, распо-
„Г + I Ml
ложенной перпендикулярно к предыдущей ? ~ arctg {——.
или
При 8 = -
X2
эллипса —
а2
—, cos 8 = О, sin 8=1, получим уравнение
2
-—=1, полуоси которого совпадают с осями
Ь2
х и у. Наконец, при 8 = -^- и я =6, получим уравнение ок-
1 ружности х2 -ф У2 — а2.
Таким образом уравнение естественного луча будет
траекторией эллипса, составленной геометрической суммой
двух колебаний постоянной амплитуды а и b непрерывно
меняющейся фазе 8, т. е. x = acos6 и у = b cos (6 +8).
Любая из преобладающих форм этой траектории со-
здает лучу свойство, известное в оптике под названием «по-
ляризации». Если путем преломления луча в кристалле с
особой оптической структурой или при отражении от спе-
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
195
циальной поверхности траектория луча потеряет один из
элементов своего непрерывного изменения, например, утра-
тит возможность непрерывного сдвига фаз (6 = 0), то тра-
ектория примет форму прямой линии, а сам луч будет на-
зываться '«плоско-поляризованным». Если, наоборот, при ут-
pare непрерывного- сдвига последняя фаза будет о = —,
2
и свойства структуры преломляющей среды таковы, что по-
добное условие сохраняется, получится «круговая поляри-
зация». Если же далее плоско-поляризованный луч будет
пропущен сквозь среду, создающую постоянный сдвиг фаз,
то луч считается «эллиптически поляризованным», так. как
кривая его траектории будет стабильно расположенной в
пространстве — эллипс. Таким свойством поляризации света
обладают многие кристаллы, в особенности же исландский
шпат и турмалин. Исландский шпат обладает еще свойством
разного коэфициента преломления для взаимно-перпенди-
кулярных колебаний {1,658 и 1,486), поэтому естественный
луч выходит двумя лучами (под небольшим углом), плоско-
поляризованными один по отношению к другому под 90°.
Для удобства работы с поляризованным светом применяют
призму Николя, состоящую- из двух склеенных частей из
шпата, причем угол склеенной поверхности расположен так,
что один из лучей {для коэфициента, 1,486) отражается от
этой поверхности и поглощает зачерченной стенкой приз-
. мы. Из призмы Николя выходит только один луч половин-
ной яркости и плоско-поляризованный. Если пропустить этот
луч через вторую’ призму («анализатор»), то яркость луча,
выходящего из анализатора, будет зависеть от угла пово-
рота между плоскостями поляризации обеих призм; при
скрещивании их плоскостей поляризации на 90° свет не
проходит совершенно. В промежуточных положениях яр-
кость следует закону Малюса / = /0 sin 2, а где 10 — яркость
луча, выходящего из первой призмы Николя (поляризатора),
так как луч выйдет с амплитудой пропорциональной sina,
а яркость его пропорциональна sin2 а (для необыкновенного
луча, выходящего из призмы Николя). Для обыкновенного
луча, выходящего из простого кристалла шпата (т. е. с ко-
эфициентом преломленеиня (1,486), получим Io cos2a.
Явление Керра заключается в том, что некоторые жид-
кости, как сероуглерод, нитробензол и др., обладают свой-
ством вызывать эллиптическую^ поляризацию' под влиянием
сильного электрического поля. Для получения этого явле-
ния устраивается небольшой конденсатор (рис. 127) с плос-
з*
196
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
ко-параллельными пластинками, наполненный исследуемой
жидкостью в качестве диэлектрика. Поляризованный луч
света пропускается между пластинками, для чего стенки со-
суда, в котором помещен конденсатор, должны быть про-
зрачными. Если смотреть на луч, выходящий из конденсато-
ра Керра, сквозь анализатор (Николь) и соответствующим
поворотом его погасить луч, то при появлении достаточной
разности потенциалов на обкладках конденсатора появляет-
ся эллиптическая поляризация, и луч (начинает быть види-
мым, становясь все более яркими в зависимости от приложен-
ного напряжения. Уравнение, которое дает интенсивность
Рис. 125. Явление Керра.
света, пропущенную’ модулятором Керра (всей системой, с
обеими призмами Николя), в зависимости от приложенного
напряжения Е, выражается следующим образом:
/ = /osin2(u b L E2)
b L £2 есть разность фаз, которую создает явление
Керра. Переводя sin2 6 = —---- и принимая во внима-
т 1 г
ние, что яркость / = —/0 основного потока от источника
2
света, можно написать более удобную формулу для свето-
вого потока, выходящего из модулятора
Ф = ф-(1 - cos2-Z>LE2)
Вследствие влияния краев конденсатора в этой формуле
надлежит пользоваться не геометрической длиной пластин,
а величиной L', эквивалентной длине:
в которой L — геометрическая длина пластинок в направ-
лении оптической оси, а — расстояние между ними и d— их
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
197
толщина. Формула эта верна для электродов вполне окру-
женных жидкость, она предложена Шомоном (Chaumont).
Величина b есть постоянная Керра, найденная экспери-
ментально для следующих жидкостей:
нитробензол ............30 • 10'6
сероуглерод............. 0,32 • 10”6
метилиновый спирт .... 0,1 * 10'6
бензол.................. 0,04 • 10“6
Выражение для Ф имеет максимум при cos 2т: /• ЬЕ2 —
/ П 5
1, Т. е. при Етах = 1/ при котором Ф
Про-
центное пропускание света — в зависимости' от отношения
приложенного напряжения
кривой (рис. 126,. Прак-
тическое применение по-
лучила камера Керра с
нитробензолом. Диэлект-
рическая постоянная его
равна 36, удельное со-
противление 108 £2/(са<3,
ввиду чего конденсатор
Керра обладает некото-
рыми потерями на вы-
соких частотах, но при
удачной конструкции
(рис. 127), в которой ка-
мера снабжена резерву-
аром, освежающим нитро-
бензол (/?), может давать
м одуляцию св ета при
частотах
к максимальному, показано на
Рис. 126. Процентное пропускание
света камерой Керра
даже 1О9 пер/сек. Перед
работой, в действительных условиях камера Керра должна
быть подвергнута тренировке высоким напряжением,
которая повышает изоляционные свойства нитробензола,
доводя его* проводимость до указанной выше величины.
В начале включения его сопротивление может понизиться
до 250 тыс. U, быстро поднимаясь (чреез 10—15 мин.), как
уже говорилось выше.
Конструктивно камера Керра представляет собой насто-*
ящий маленький конденсатор с жидкостным, диэлектриком,
в котором' приняты весьма тщательные меры к повышению
изоляции вводов (на слоновой кости). Размеры и расстоя-
ния пластин зависят от оптической системы, с которой ра-
ботает конденсатор' Керра, и так как размеры этих пластин
во избежание паразитных емкостей должны быть не вели-
198
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
ки, то и выявляется основной его недостаток — необходи-
мость .применения концентрирующих свет линзовых сис-
тем, работающих при малом относительном отверстии. При-
Рис. 127. Камера Керра ультравысокой частоты
менение больших расстояний между пластинками, которое
позволило бы использовать широкоугольную’ оптику, сопря-
жено с повышением1 напряжения рабочих сигналов. Это по-
следнее обстоятельство весьма
невыгодно, так как в широкопо-
лосном усилении весьма трудно
применять трансформаторы, и
конечный каскад усиления дол-
жен быть составлен из мощных
высоковольтных ламп, которые
работают в режиме усиления по
напряжению, и вся их мощность
тратится на анодном сопротив-
лении. Конденсатор Керра пот-
ребляет 10—30 рА, при рабочем
напряжении сигнала от 100 до
1000 V между пластинами.
При этом, поляризующее на-
пряжение выбирается от 300 до
700 V. Для понижения рабочего
напряжения (сигналов) и увели-
чения поверхности сечения луча
Рис. 128. Конденсатор Керра
системы Телефункена
применяют многократные кон-
денсаторы, состоящие из пяти
или девяти пластин. Лаборато-
рией Телефункен разработан конденсатор' Керра, состоя-
щий из пяти пластин (3+2), расположенный на расстоянии
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
199
1,5 мм. Полезное сечение луча 7X7 м!м, длина пластин по
оси 8 мм, емкость такого конденсатора равна 66 цр-Е
полное напряжение рабочего сигнала 6900 V. Конструкция
этой камеры показана на рис. 128.
5. Модулятор света с пьезокварцевым резонатором,
V
Яркость поляризованого света может модулироваться
не только изменением коэфициента. преломления жидкости,
как это имеет место в явлении Керра, под влиянием на нее
электрического1 поля, но также и механическими натяжени-
ями в некоторых упругих кристаллах. К таким явлениям
следует отнести поляризацию света в пьезокварцевом
резонаторе, открытую автором в 1925 г. (советский патент
№ 30723). Модулятор света подобного типа устроен
с л е ду ющи м обр аз ом. Поляри зов ан н ы й луч, по лучен н ы й
после прохождения через призму Николя, направляется
параллельно обкладам конденсатора, имеющего диэлектри-
ком пьезокварцевый резонатор, тщательно оптически отпо-
лированный, и анализируется затем вторым Николем. Если
этот резонатор возбужден генератором незатухающих коле-
баний, то происходит непрерывное высокочастотное мерца-
ние -света с постоянной амплитудой. Модулируя генератор
приходящими сигналами, можно получить изменения ярко-
сти в ту или иную сторону в зависимости от изменения
амплитуды несущего колебания {рис. 129). По мысли автора
таким несущим колебанием должно явиться само незатухаю-
щее колебание волны радиосвязи от передатчика, и все при-
емное устройство сводится к усилению модулированных ра-
диосигналов без детектирования до амплитуд, способных
возбудить пьезокварцевый модулятор.
Подобный же модулятор был предложен для световой
записи звуков Хартлеем (Hartley) в 1923 г. (USA, Pat.
№ 1565566).
Применение кристаллов для получения эффекта Керра
получило особую важность после открытия этого явления
Околишани в кристалле цинковой обманки. Постоянная Кер-
ра этого вещества еще больше, чем1 у нитробензола, что
дает основание предполагать о возможном получении значи-
тельно более эффективных модуляторов, чем мы располага-
ем в настоящий момент.
Работьп в этом направлении еще не закончены и ведутся
в лаборатории ТКД в Германии.
Рис. 129. Модулятор света с^пьезокварцевым резонатором
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
201
6. Многоклеточный экран с камерами Керра (Ф. Бронк)
Проблема большого экрана, не решенная практи-
чески и по- настоящий момент, получила теоретическую
проработку в проекте Ф. Бронка с его многоклеточной па-
нелью из камер Керра. Экран составляется из взаимно-пер-
пендикулярных узких пластинок, пересечение которых
представляет собой один элемент изображения. Пластинки
каждого координатного направления получают заряд через
Рис. 130. Многоклеточный экран Бронка
комплексные сопротивления R—С, включенные последова-
тельно с каждой из них, вследствие чего сигнальные им-
пульсы поступают на них постепенно, без механической
коммутации. Постоянные во времени подобраны так, что
скорость распространения импульсов по строчкам и пере-
мещение самих строчек соответствует разложению изобра-
жения по тем же координатам на передатчике. Вместо
сложного экрана, имеющего' полное число элементов, как
это описано здесь, Бронком предлагалась система только
одной строчки элементом Керра в виде гребенки, по кото-
рой также совершается электрическая коммутация сигна-
лов, со скоростью движения элементов изображения по
202
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
строке, а вторичное разложение осуществляется при помо-
щи зеркальной призмы. Проект Ф. Бронка пока реального
осуществления не получил, несмотря на то, что он теорети-
чески обоснован вполне правильно (рис. 129).
7. Принцип удержания световых импульсов на время одного
кадра
Недостаточная яркость изображений в приемных уст-
ройствах дальновидения происходит, как уже указывалось,
вследствие того, что каждый световой импульс элемента
изображения действует только в течение времени
nN
(N — число кадров, п — число точек), тогда как он мог бы
беспрепятственно оставаться на экране за время всего кад-
1
ра, в продолжение —, т. е. в промежуток времени в п раз
N
больший. Яркость изображения повысилась бы тогда, по
закону Тальбота, в п раз.
Предположим, что имеем средства удержать каждый
световой сигнал в продолжение времени всего кадра, при-
чем яркость его спадет до нуля за это время совершенно
линейно. В таком случае мы получим увеличение видимой
яркости в два раза меньшее чем то, что могло бы получиться
при полном удержании сигнала за время одного кадра, т. е.
изображение будет ярче в — раз. Практическое бсуще-
2
ствление принципа удержания изображения заключается в
присоединении небольших конденсаторов к каждой элемен-
тарной светящейся единице многоклеточного экрана так,
чтобы заряд этих конденсаторов происходил очень быстро
(за время прохождения элементом механизма развертки по
элементу изображения на поверхности экрана), а разряд
совершается в продолжение всего кадра. Фирмой Телефун-
кен взят патент на многоклеточный экран из неоновых
ламп, шунтированных конденсаторами, от которых выведе-
ны проводники к механическому коммутатору, приводимо-
му во вращение синхронным мотором.
Ту же роль консервации импульса может, до известной
степени, сыграть тепловая инерция ламп в экране Берда из
маленьких ламп накаливания, но значительно менее зако-
номерно, так как яркость свечения пропорциональна Т4 аб-
солютной температуры (ср. германск. патент № 482800).
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
203
Повышение яркости такого экрана, составленного, на-
пример, из неоновых ламп, параллельно которым к каждой
присоединен небольшой конденсатор емкостью' С, опреде-
лится следующим образом. Без присоединения конденса-
торов яркость элемента изображения выразится по закону
тальбота, как это указано в первой части книги
или точнее
__ Фиет.
Физобр, — '
И
Физобр.
если принять также во внимание все факторы, влияющие на
яркость, с точки зрения геометрической формы элемента.
Если свечение элемента продолжается и после того, как
разложение изображения (коммутатора экрана) перешло на
соседний элемент и длится, постепенно ослабевая, до окон-
1
чания передачи всего1 изображения в течение времени —сек.,
N
то к яркости, вычисленной по закону Тальбота, еще приба-
вится средняя яркость, зависящая от закона ослабевания
яркости элемента после сигнала. Предположим, что это ос-
лабевание выражается логарифмической кривой. Тогда по-
лучим, что полная яркость выразится через
Физобр.
NT
1+NT
кФ £ . ДГ&Ф
(2а)3 ’ + (2а)2
I. e~aidt.
о
Для простоты предположим, что поток света на пере-
датчике Ф в пределах одного элемента постоянен, что поз-
воляет анализировать менее сложное выражение:
/ NT С f \
Физобр. — ЗЗист. I - .— ДА е 1 =
о
-- Фиет.
NT
1+NT
Если источником света на экране служит маленькая нео-
новая лампа в аномальном режиме горения, то ее яркость
204
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
будет ослабевать пропорционально напряжению разряда
конденсатора С, считая Rf ее среднее сопротивление. Тогда
— 1
можем написать Vn = V3 е R'c , где Vn — напряжение, при
котором лампа гаснет, V3—напряжение ее зажигания. Ре-
жим разряда должен быть подобран так, чтобы разряд
окончился к моменту окончания синтеза всего изображе-
ния, т. е. при / —
1 . V3
— и
у
v п
.Тогда имеем Vn — V3e nr'c, откуда
NR'C
можно вычислить емкость С для ламп
данного типа по
формуле С =--------, имея данные Tz3,
NR' ig 2А
Vn
Vn и R' из характеристики лампы. Яркость экрана выра-
зится тогда следующим
53изобр. — 53и-т.
образом:
Г 1 N
Ж'С 1 — е~~ шёс
считая, что
Принимая во внимание, что
NR'C
и что
NR’C =
El
Vn
Nn
а
а
п
а =
п
3
можем написать окончательно
п
53лзобр. —- -Вист.
3
п
Так как величина
есть весьма малая дрооь, то мо-
205
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
4
жем написать приблизительно
Vn~
l/f
ФиЗОбр. Фиет.
и Vn равном 80 V имеем, что коэфициент
— V n —
vl, следовательно, яркость изображения практически не за-
висит от числа элементов разложения. При У3 равном 100 V
Уп
у3 ’’
Vn
т. е. яркость изображения будет равна яркости источника
света. Отсюда ясно, какую огромную роль играет принцип
накопления приемного сигнала на элементе изображения в
дальновидении на большой экран.
При возникновении современного дальновидения в
1925 г. использование этого принципа в весьма своеобраз-
ной форме было предложено инж. В. И. Волынкиным, ко-
торый предполагал воспользоваться для этой цели экраном,
покрытым фосфоресцирующим веществом, яркость которо-
го, мгновенно возбужденная модулированным световым лу-
чом, прогрессивно спадает за время передачи всего изобра-
жения. По мысли 'изобретателя такой экран должен умень-
шить мерцание и повысить интегральную яркость изобра-
жения (заяв, свидетельство 2342, 31/VIII 1925 г.).
Работа эта имеет большое значение в наше время, так
как флуоресцирующие экраны катодных трубок имеют зна-
чительную остаточную фосфоресценцию, которая действует
так же, как и предыдущее устройство с конденсаторами,
удерживая свечение в течение определенного времени.
Кривая изменения яркости ВО' времени флуоресцирующего
экрана катодных трубок зависит от природы вещества и
для одного из них «виллемита», дана д-ром Зворыкиным
для его катодной трубки «Киноскоп». Средняя яркость изоб-
ражения на экране такой трубки выразится той же форму-
лой, что и полученная выше:
Физобр. — Фиет.
N
а
В данном случае фИСт есть статическая яркость пятна на
экране, а — коэфициент спадания или затухания яркости
фосфоресценции экрана, к от ор ы й находится эк с п ер и м ен -
206
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ V
тально для данного вещества. Для кривой, данной
Зворыкиным, этот коэфициент равен а = 80 сек/”1,
довательно, выражение для яркости изображения на
скопе, с учетом о-статочной фосфоресценции будет
Физобр, —— Фиет.
80
д-ром
и сле-
кино-
при 7V=20, п>1000, получим, что ФИЗобР. = 0,25фисг.
Отсюда можно сделать важный вывод, насколько из-
вестно, еще нигде в литературе не упоминавшийся, а именно:
в . катодном дальновидении при работе на экране с ос-
таточной фосфоресценцией яркость изображения не зави-
сит от числа элементов изображения и равна, приблизитель-
но, четверти яркости максимального свечения экрана.
Любопытно отметить, что этот простой закон усколь-
зал от внимания теоретиков дальновидения и даже такого
исследователя, как Тун. В своей статье «О технических гра-
ницах качества изображения в дальновидении» он дает
обычную формулу для яркости изображения на экране ка-
тодной трубки, в которой нет учета влияния фосфоресцен-
ции, а лишь принят во внимание закон Тальбота
Физобр. — Фиет.
п
В этой формуле введен коэфициент 4, совершенно произ-
вольно, как отношение поверхности светящейся точки к
поверхности элемента изображения. В статье дана также
таблица яркостей экрана в зависимости от числа элементов
изображения. В то же время простое наблюдение за яр-
костью растра на экране катодной трубки могло- бы, каза-
лось, убедить, что для этого вида приема дальновидения
закон Тальбота не имеет столь большого значения, как для
механических методов дальновидения. Яркость экрана меня-
ется очень мало при увеличении числа строк от 30 до 180,
тогда как в обычном механическом телевизоре видимость
растра при столь большом числе строк и прежней силе
света источника должна была бы почти совершенно исчез-
нуть. На основании ошибочного- взгляда Туна получается не-
правильное представление и о статической яркости пятна на
экране трубки. Чтобы оправдать яркость действительно-
го и.;Сражения на экране катодной1 трубки, Тун считает,
что яркость пятна должна быть 600 стильбов, число, кото-
рое впоследствии считалось слишком большим. Если при-
мем, что действительная яркость экрана выражается
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
207
Физобр.
и что та же яркость выражается формулой Туна следую-
4
щим образом: фИЗсбР = ф"—, то, сравнивая правые части
п
обеих формул, можно получить коэфициент, на который
преувеличена яркость в формуле Туна.
Nn А , Nn
----1 1 £ N ) ист. ' ~ •
4а \ J 4а
откуда имеем:
Ф ист.
П
4 (л+1)
Если 2V = 2O, П = 10 000 и а = 80, то получим ®" = 625-®\
т. е. яркость действительного источника составляет всего
один стильб. В работах Манфреда фон-Арденне в 1931 —
1932 гг. уже имеются указания, что он считает яркость пятна
на экране всего 2—3 стильба, и это, несомненно, ближе к
истине, чем 600 стильбов Туна.
ЧАСТЬ VI
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
Синхронизация механизмов разложения изображения
Разложение изображения на передающем устройстве и
синтез его на приемном должны совершаться, как это со-
вершенно очевидно из самого принципа работы, с точным
совпадением геометрических положений элементов изобра-
жения1 на обоих приборах. Это означает, что вращение ме-
ханизмов должно совершаться с одной и той же скоростью
и с полным совпадением начальных положений, от которых
движение механизмов началось (совпадение по- фазе).
Работа механизмов с одной и той же скоростью, при
всех случаях питания электродвигателей, требует синхрони-
зации их движения специальными методами. Как простей-
ший случай можно иметь работу синхронных моторов на
одной и той же сети переменного’ тока и в пределах лабо-
ратории. Такой способ синхронизации приводит к прекрас-
ным результатам, так что он может применяться для всех
демонстрационных установок. На большие расстояния, при
отсутствии общего источника переменного тока, такой ме-
тод совершенно не применим, и потому были разработаны
специальные способы синхронизации, достаточно прочно
вошедшие в- практику.
Выясним сначала, с какой точностью' должно быть под-
держано синхронное движение обоих механизмов. Для про-
стоты предположим, что* мы имеем* установки с диском Нип-
кова, вращающиеся специальными моторами от самостоя-
тельных источников питания. Мы примем заранее, что ка-
чество изображения не пострадает, если расхождение меж-
ду 'Геометрическими изображениями элементов изображе-
ния будет не более половины) стороны этого элемента изо-
бражения. Такое допущение обосновано рядом опытов в
фототелеграфии и проверено на работе приборов дально-
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
209
видения. Выразим принятое нами допущение в 0,5 одного
элемента в угловых единицах, которые (покажут, какое угло-
вое расхождение допустимо во вращении дисков. При го-
ризонтальной развертке угловая ширина изображения
'число элементов на одной строке есть z и центральный
27-
угол, стягиваемый одним элементом будет = так
п
В . . . 2т: В
. Обычно величина— за-
как п =
дается и принята равной —. Следовательно имеем окон-
3
, , Зк
чате^ьно —Пусть например, имеем разложение
121/2 кадрах в секунду, и
30----
на 30 строк при
Центральный угол одного элемента изображения b
__360^02о Допустимый угол скольжения будет <р =
1200
——=—=0,15°. Если изображение на диске имеет
2 п
квадратную форму, то формула для угла b принимает еще
2 тс
более простой вид -----------. Так, для передатчика Мар-
z2
кони, имеющего 50 строк и квадратное изображение, имеем
/£> — 360. _ о, 144° и угол ср — — о,о72°. Время про-
2500 п
хождения этого утла найдем из простой пропорции, зная
число кадров и считая, что за один оборот диск дает одно
изображение. Имеем, следовательно,
2тс: — — ср:
N
откуда t = —. В наших примерах имеем:
2~N
14 Основы дальновидения
210
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VI
и = —--— = 0,000033 сек; ts0 = -°’°7-2--0,0000133сек
360-12,5 360 15
Требуемая точность движения в данном случае такова, что
углы, в которых допустимы отклонения, сравнимы с упру-
гими деформациями скручивания длинных валов. Посмотрим
теперь, какую точность вращения могут дать нормальные
синхронные моторы при изменений режима питающей се-
ти. В четырехполюсных синхронных моторах, вращающих-
ся под полной нагрузкой, создается разность фаз в 20°
между приложенной и противодейст-
вующей э. д. с., т. е. 10° механических
20
( —> где р — число пар полюсов). При
изменении нагрузки на 10% скольже-
ние будет 1°, что уже значительно, по
сравнению с требуемой величиной и, 15°.
На практике, однако, работа на синхрон-
ных моторах возможна при небольших
частотах, если, как уже было указано,
питание моторов идет от одной маги-
страли на небольшом расстоянии и при
отсутствии мощных промышленных на-
грузок между моторами. Для увеличе-
ние. 131. Колесо Ла- ния точности хода моторов приходится
кура (простая форма) прибегать к их специальной конструк-
ции с большим числом полюсов. Наибо-
лее простую конструкцию имеет реактивный синхронный
мотор, прототипом которого является колесо Лакура.
Колесо Лакура состоит из зубчатого' ротора, не несу-
щего’ на себе обмоток, и одной или нескольких пар электро-
магнитов, в которых идет синхронизационный ток (рис. 131
и 132). Теоретический расчет показал, что синхронизирую-
щий момент возрастает при возрастании силы синхронизи-
рующего тока 1, увеличении числа пар полюсов статора
(электромагнитов), увеличении действующего сечения по-
люса статора и пропорционален квадрату числа витков об-
мотки статора (доклад С. Н. Какурина на конференции по
дальновидению в 1933 г. в Москве). Повышение числа по-
люсов приводит к необходимости работать на переменных
токах с повышенной частотой, так как число оборотов в
минуту синхронного электродвигателя выражается через
р
t
(
о
I
212 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VI
Ввиду этого, выбор частоты синхронизирующего тока оп-
ределяет также точность хода реактивного двигателя,
а метод его получения разделяет механизмы на два класса:
1) с автономной и 2) с принудительной синхронизацией.
В первом случае, автономной синхронизации, выбор часто-
ты тока и числа полюсов двигателя может быть произволь-
ным, лишь бы эти величины были кратными числу оборо-
/60 2/ 60 3/ 60
тов двигателя = ~-------=--------=—-------- и т. д.,
р 2р Зр
причем увеличение частоты и полюсов все увеличивает ста-
бильность вращения1 двигателя. При такой схеме синхрони-
зации двигатели приемного и передающего устройств мо-
гут быть различны по своим электрическим' свойствам.
В качестве источников переменного' тока повышенной час-
тоты применяются камертонные генераторы с усилителями
или иные генераторы, например катодные (дающие звуко-
вые биения), с соответствующей высокой степенью стаби-
лизации частоты генерирования, и весь механизм идет с той
скоростью, которая задается ему местными условиями, без
какого-либо контроля со стороны корреспондирующей
станции. Синхронное движение в обоих отдельных пунктах
обеспечивается только соответствующей конструкцией при-
боров и стабильностью' генераторов переменного тока. Та-
кая система применяется, главным образом, на: передающих
станциях для стабилизации вращения, но для надежной
связи дальновидения с отдаленными пунктами необходимо
синхронизировать приемный механизм специальными сиг-
налами от передатчика, идущими одновременно с сигнала-
ми самого изображения. Берд предложил воспользоваться
для этой цели теми импульсами, которые создаются в нача-
ле каждой строки разложения изображения, если эти сигналы
на строках будут иметь короткий перерыв после оконча-
ния одной до начала, следующей (так называемую «отсечку
рамки»). Для этой цели перед диском Нипкова ставят рам-
ку в форме сектора несколько' меньших размеров площад-
ки, заключающейся между концами спирали Нипкова. Тог-
да каждая строка становится короче на два—три элемен-
та развертки, чем то число элементов, которое в действи-
тельности на ней укладывается. В нашем примере 30 отвер-
стий и Г21/2 .кадров в секунду, время передачи одного- эле-
мента 0,000033 сек. Следовательно, если строка будет неза-
кончена на три элемента, то между концом и началом пе-
редачи каждой строки будет промежуток времени в
0,0001 сек. Каждая строка представляет, таким образом, от-
дельный сигнал, который следует с частотой 30X12U=
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
213
—375 пер/сек. Эту частоту 375 Hz можно принять за частоту
тонального генератора, усилить сигналы усилителем низкой
частоты и затем пропустить полученный переменный ток в
катушки статора колеса Лакура или иного синхронного мо-
тора (рис. 133). Однако, здесь мы уже не свободны в выборе
числа зубцов на колесе, так как мы должны получить
12^2 об/сек. По той же формуле
n=-L
р
находим, что число зубцов
f 375
р = — =--------------------------= 30,
р 12,5
тг е. синхронный мотор на приемнике должен обладать тем
же числом зубцов или пар полюсов, что и на передатчике.
Иначе говоря, при принудительной синхронизации кон-
струкция мотора приемника задается условиями передачи
синхронных сигналов, и в большинстве случаев она одинако-
ва с конструкцией мотора передатчика. Важным преимуще-
ством принудительной синхронизации является еще и то, что
изменение скорости мотора передатчика влечет за собой та-
кое же изменение скорости мотора на приемнике, так как
движение приемника обусловливается частотой синхронизи-
рующих сигналов, которые создаются вращением мотора
передатчика.
На практике оказалось, что принудительная синхрони-
зация при помощи импульсов неоконченных строк передат-
чика (так называемым «методом отсечки») не вполне удов-
летворительна для передачи движущихся изображений.
Это происходит потому, что обрыв строки в рамке, знаме-
нующий начало следующего импульса частоты 375 Hz, мо-
жет случиться и по середине любой строки, если случайно
конфигурация изображения будет таковой, и тогда, вместо
одного синхронизирующего- сигнала на строчку на неко-
торые из них придется таких сигналов несколько, которые
и создадут изменение частоты, и приемное устройство’ бу-
дет выбито из синхронизма на тот промежуток времени, в
течение которого идут эти ложно-синхронизирующие сиг-
налы. Затем положение может восстановиться, но- уже, ве-
роятно, будет потеряна фаза изображения и ее надо будет
корректировать. Ввиду этого* принудительная синхрониза-
ция в современных передатчиках дается отдельными им-
пульсами, независящими от конфигурации изображения,
следующим образом. На том* же диске Нипкова устраива-
Рис. 133. Схема принудительной синхронизации
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
215
ется еще ряд отверстий несколько большего диаметра, чем
отверстия рабочей спирали (например вдвое большие), рас-
положенные по простой окружности, но того же числа,
сколько имеется отверстий в спирали (рис. 134). Сквозь эти
отверстия пропускается узкий пучок света на отдельный фо-
тоэлемент, включенный на отдельное питание и усиление.
Вращение диска создает тогда ряд искусственных сигналов
той же частоты, что и ча-
стота строк, примененная
ранее. Каждый синхронизи-
рующий импульс длится
короткое время, в тот про-
межуток между строками,
в течение которого пооис-
ходит отсечка строк, и сле-
довательно, его сигнал не
накладывается на сигналы
изображения, а лишь раз-
граничивает их импульсами,
независящими от сигналов
на строчках. Если усиление
этого искусственного сиг-
нала доведено до такой ам-
плитуды, что никакой сиг-
нал на строчке ему не мо-
жет быть равен, то сигналы
Рис. 134. Подача синхронных
сигналов с диска на отдель-
ный фотоэлемент
синхронизации очень лег-
ко отделить на приемной
станции. Поэтому синхро-
низирующий ток приемного
механизма всегда получается в виде чистых импульсов пе-
ременного тока, и никакие изменения изображения не вли-
яют ни на синхронизацию, ни на его частоту и форму син-
хронных импульсов. Такой метод принудительной сйнхро-
низации является единственным правильным решением во-
проса, и все другие приемы, которые мы упоминаем ниже
для полноты изложения, являются паллиативами.
Описанная система принудительной синхронизации
имеет несколько вариантов выполнения, которые преследу-
ют цель получения некоторой экономии в деталях схемы.
Например, можно питать фотоэлемент, который подает
синхронизирующие сигналы не от отдельных источников
и усиливать его сигнал не отдельным! усилителем, а присо-
единением его параллельно рабочим фотоэлементам ко всей
фотоусилительной части передатчика; при этом мы почти
216
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VI
ничего не потеряем, но лишь ограничим синхронизирую-
щий сигнал общим коэфициентом усиления главного уси-
лителя, и, следовательно, подвергнем себя опасности воз-
можного равенства сигналов синхронизирующего и случай-
ного сигнала дальновидения. Если мы сделаем синхро-
низирующий сигнал в начале очень сильным, то усилитель
может оказаться перегруженным на больший промежуток
времени, чем длится сам сигнал (перезаряд переходных
конденсаторов), и тогда будут частично пропадать сигналы’
изображения в конце строк; соответствующей регулировкой
можно добиться очень хороших результатов.
Рис. 135. Схема подачи синхронных
импульсов с тиратроном
Вместо того, чтобы
просвечивать отвер-
стия на фотоэлемент,,
можно получить подоб-
ные же импульсы при
помощи изменения маг-
нитного поля.
Отверстия синхрони-
зации обычно распола-
гают по перефирии дис-
ка, что позволяет охва-
тить часть диска посто-
янным магнитом, на
полюсных наконечни-
ках которого надеты
катушки с индук-
тирующимся в них переменным телком. В этом случае нет
надобности помещать в отверстие диска какие-либо желез-
ные массы, так как все равно импульсы будут иметь не-
правильный характер и должны быть преобразованы в ост-
рые и кратковременные. Это осуществляется следующим
способом. Сигналы, индуктируемые в катушках, действуют
на сетку р елексационного тиратронного генератора и увле-
кают его в синхронизм. Разряд конденсатора тиратрон-
ной схемы достаточно мощный, без дальнейшего усиления,-
может быть подан на линию сигналов дальновидения, при-
чем время его длительности можно легко подобрать, из-
меняя сопротивление в цепи разряда конденсатора (систе-
ма автора, лаборатория ЦРЛ, рис. 135).
При передаче синхронных сигналов по методу просве-
чивания фотоэлемента сквозь отверстия диска или разря-
дом тиратрона, как указано, не предусматривалось средств,
гарантирующих стабильность вращения основного мотора
передатчика, вращающего самый диск. Хотя принудитель-
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
217
ная синхронизация и допускает возможность изменения
числа оборотов двигателя передатчика, увлекая при этом
синхронно приемное устройство, но* изменение числа! обо-
ротов передатчика, вообще говоря, неудобно; оно меняет
полосу модуляции радиопередающего устройства, мешает
предварительной настройке на приемном механизме, так
как не дает определенности в* частоте синхронизирующих
сигналов и т. д. Ввиду этого вращение передатчика долж-
Рис. 136. Схема синхронизации по Маркони
но быть стабилизировано с возможной точностью1 камер-
тонным генератором. Наличие этого камертонного' генера-
тора позволяет несколько видоизменить подачу синхрон-
ных импульсов в начале строки, например, так, как это сде-
лано в передатчике дальновидения типа Маркони. Система
передачи синхронизации Маркони, очень типичная в своем
роде, представляет собой непосредственное использование
импульсов камертонного генератора, которые электричес-
кой схемой преобразовываются из синусоидальных колеба-
ний в кратковременные односторонние сигналы следующим
образом (рис. 136).
Колебания от камертонного' генератора поступают в
трансформатор, вторичная обмотка которого включена на об-
мотку переменного тока синхронного мотора (например, элек-
тромагнит колеса Лакура). Часть напряжения вторичной
обмотки с потенциометра действует на сетку-нить первого
каскада усилителя, находящегося в режиме анодного де-
218
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VI
тестирования, так что из полного периода (колебания ге-
нератора на сетку поступает сигнал за промежуток време-
ни не более 30% целого периода. Этот сигнал, однако,
слишком продолжителен для синхронизирующего импуль-
са, на который должно1 быть отведено не более 10% общеС
длины строчки. Чтобы еще более сократить продолжитель-
ность сигнала, применяется вполне оригинальный прием,
который не только ограничивает время сигнала, но и сох-
раняет его амплитуду постоянной за время его существо-
вания. Это делается передачей приращения анодного на-
пряжения первой усилительной лампы при помощи пере-
ходной неоновой лампы. Неоновая лампа связывает анод
первого каскада с сеткой! второго, как конденсатор в уси-
лители с сопротивлением. Если смещение второго каскада
подобрано так, что лампа не зажигается, то вследствие ее
малой емкости приращение потенциала сетки незначитель-
но, и сигнал на сетке почти остается постоянным. Режим
первой лампы и смещение второй подобраны так, чтобы
зажигание происходило в течение всего времени пока по-
тенциал сетки первой лампы отрицателен. При проявлении
положительных потенциалов на этой сетке потенциал ано-
да падает, неоновая лампа резко гаснет, создавая постоян-
ный импульс в усилительной схеме, и резко загорается,
как только напряжение на аноде первой лампы дойдет до
определенной величины. Регулируя смещение на сетках
первой и второй ламп и сопротивление R, можно получить
синхронизирующий сигнал почти любой продолжитель-
ности и вполне прямоугольной формы. Прямоугольная
форма этого импульса нужна только для того, чтобы при
ограниченной продолжительности дать сигнал возможно
большей мощности, но для работы мотора приемного уст-
ройства такая форма не всегда выгодна, о чем будет ска-
зано ниже. Полученный сигнал действует на общий усили-
тель сигналов дальновидения, но не на начальные ступени
усилителя, а на одну из последних, представленную более
мощными усилительными лампами, в которых нет основа-
ний опасаться перегрузки. Синхронизирующий импульс
должен попасть обязательно в момент отсечки строчки (в
начале или в конце ее), и в схеме нет электрических при-
способлений для этой цели.
Во всех видах работы синхронных моторов принят
простой способ изменения фазы, а именно механический
поворот статора мотора (рис. 137). Ввиду этого статор мо-
тора или электромагниты колеса Лакура крепятся к стани-
не, которую можно поворачивать вокруг общей оси враще-
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
219
Рис. 137. Изменение фазы
изображения поворотом
статора
ния якорем. Этот поворот изменяет начальное угловое по-
ложение, с которого мотор начал вращаться и, следователь-
но, основную фазу противодействующей э. д. с. В системе
Маркони предусматривается применение именно такой кон-
струкции, так что относительное положение синхронизиру-
ющего сигнала на строчке может быть фиксировано совер-
шенно точно таким поворотом статора. Нельзя -сказать,
чтобы система Маркони давала какие-либо преимущества
по -сравнению с первой описанной нами схемой. Во-первых,
подача синхронных импульсов от камертонного генератора,
а не от системы самого диска, до-
пускает возможность относитель-
ного качания сигнала в своем по-
ложении, одновременно с качани-
ями диска; затем работа неоновых
ламп хороша только тогда, когда
эти лампы имеют специальную кон-
струкцию, и, наконец, продолжи-
тельность синхронизирующего им-
пульса выражена неясно на самом
передатчике, так как без контроль-
ного приема ее определить нельзя
В первой же схеме продолжитель-
ность сигнала определяется разме-
рами отверстия, качание диска вы-
зывает также синфазное качание сигнала, который не меняет
своего положения на строчке. Фазирование этого сигнала
легко осуществляется простым перемещением положения
фотоэлемента и его щели, а стабилизация вращения мотора
камертонным генератором может и должна быть применена
независимо от метода подачи синхронных импульсов. В не-
которых случаях передачи дальновидения необходимо давать
еще отдельный синхронный сигнал окончания изображения.
Такой сигнал может быть дан им по- принципу отсечки, т. е.
пропуском одной или1 двух последних строк развертки при
ограничений поверхности рамки перед диском. Кроме
отсечки можно дать ещё специальный сигнал, вырезав вме-
сто отверстий в диске короткую- щель угловой длиной
(рис. 138), равной строчке, с тем, чтобы в момент отсечки
по кадрам дать продолжительный импульс, сигнализирую-
щий окончание изображения. В механическом дальновиде-
нии сигналы кадров не имеют большого значения, так как
синхронное движение моторов позволяет вращением ста-
тора получить и выправить любую фазу изображения; в
катодном же приеме этот сигнал весьма важен, и потому
220
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ АЛ
на всех видах передающих устройств следует оставлять
хотя бы отсечку кадро-в, если подача специального кадро-
вого сигнала з а трудн ительна.
Рис. 138. Диск с отвер-
стием для подачи сигнала
кадров
В случае, если диск делает два
или три оборота для развертки од-
ного кадра, подача синхронных сиг-
налов кадров осуществляется сквозь
специальное отверстие, закрывае-
мое обтюратором, вращающимся
посредством зубчаток от главного
вала диска, с соответственным за-
медлением вращения обтюратора.
Перейдем теперь к использо-
ванию синхронных сигналов на при-
еме. Прежде всего синхронные сиг-
налы надо отделить от сигналов
изображения. На выходе приемного
усилителя форма кривой всех сиг-
налов и взаимоотношение их амп-
литуд должны оставаться такими,
какими они переданы в простран-
ство радиопередатчиком. Если син-
хронный сигнал больше по ампли-
туде любого сигнала на строчке,
то сигналы дальновидения можно
снять, подавая смешанный сигнал
на сетку-нить усилительной лампы в режиме анодного
детектирования, имеющей смещение, большее амплитуды
сигнала дальновидения и
меньшее амплитуды сигна-
ла синхроризации (рис. 139).
В анодной цепи этой лампы
получаются толчки тока
только от синхронизирую-
щих импульсов. Такие лам-
пы называются «каскадом
выделения синхронизации»
и являются предваритель-
ным усилителем синхрони-
зирующих импульсов. Даль-
нейшее усиление этих сиг-
налов не представляет за-
труднений и доводится до
Рис. 139. Разделение сигналов
синхронизации и изображения
мощности, необходимой для
корректирования вращения мотора приемного механизма.
Существенное значение, однако, имеет форма тока,
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
221
действующего в электромагнитах статора, на которую до
настоящего момента не обращалось внимания: с точки зре-
ния телевизионной самой удобной была форма узкого прямо-
угольника. Форма кривой тока в статоре всецело связана с
конструкцией синхронного мотора; в принципе она должна
совпадать с формой кривой тока, который получился бы, если
бы мотор был использован как альтернатор. Во многих слу-
чаях, ввиду неточности расчетов подобного рода, так и посту-
пают: снимают осциллограмму с мотора, превращенного в аль-
Рис. 140. Общий вид синхронизатора в телевизоре с диском
тернатор, и подгоняют форму синхронизирующего импуль-
са под найденный вид осциллограммы. Такой способ рабо-
ты необходим, когда конструкция синхронизатора сильно
отличается от нормальных альтернаторов повышенной час-
тоты, например, при работе с колесом Лакура, у которого
расстояние между зубцами значительно больше ширины зуб-
ца. Изменение формы кривой тока можно произвести
в усилительных каскадах, выбирая соответствующие харак-
теристики ламп. Наиболее рациональным способом явля-
ется использование синхронизирующих сигналов для затя-
гивания генерирования местного катодного генератора
дающего колебания синусоидной формы, и применение
синхронного мотора, у которого форма полюсов, расстоя-
ние между зубцами и форма зубцов рассчитаны, как у обыч-
i
222
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VI
ных альтернаторов переменного тока. Такой мотор дает
наиболее правильное вращение дисков, так как качание
ротора вызывается, главным образом, появлением высших
гармоник и изменением их фазы.
В практике механического дальновидения в настоящий
м о м е нт пр очи о ус тан ов ил ись дв а м ето д а исто-львов ан ия
синхронных сигналов.
Первый метод состоит в непосредственном усилении
синхронизирующих импульсов, без изменения их формы
кривой, и в работе этими сиг-
налами на колесо Лакура, сое-
диненное жестко на оси при-
емного диска или зеркального
винта (рис. 140 и 141). При этом
найдено^ что наиболее удов-
летворительные результаты
получаются с колесом, имею-
щим расстояния между зубца-
ми 3—4 ширины самого зубца.
Небольшие колеса такого ро-
да набираются из штампован-
ных зубчатых пластин листо-
вого железа. Более крупные
колеса Лакура состоят из лег-
кого барабана (например,эбо-
нитового), в который врезаны
пластинки, играющие роль зуб-
цов. Такой метод синхрониза-
ции применяется не только при
Рис. 141. Общий вид синхрони-
затора в телевизоре с^зеркаль-J
ным винтом
даче специальных синхронных сигналов, но и при работе
передатчика по способу отсечки строк. В последнем случае
синхронизм легко нарушается.
Второй способ— это работа с затягивающим генера-
тором, приведенным в электрический синхронизм сигнала-
ми от передатчика, которыми могут быть даже сигналы от-
сечки. Здесь мы имеем1 катодный генератор низкой частоты
в искусственно нестабилизированном режиме. Это отсутст-
вие стабилизации отнюдь не относится к допущению изме-
нения его накала или анодного напряжения, которое как .
раз надлежит тщательно стабилизировать, но нестабиль-
ность генератора введена в его схему так, что на период
его колебаний сильнее, чем в обычных генераторах влияет
изменение внутреннего сопротивления лампы. Благодаря
сильной обратной связи, которая существует между цепью
анода и цепью сетки генератора, происходит периодичес-
Нолесо Понура
б
Рис. 142. гхема синхронизации с затягивающем генератором
224
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VI
кое изменение режима генератора, который меняет свою
частоту до совпадения ее с частотой приходящих колеба-
ний. Форма кривой генерируемого напряжения остается
близкой к синусоиде, причем напряжение это после допол-
нительного' усиления может быть применено непосредст-
венно для питания синхронизатора (рис. 142). Генератор
обычно настраивают на частоту синхронизирующих сигналов
возможно точно с тем, чтобы синхронизм не нарушался да-
же при полном отсутствии сигналов от передатчика. В этом
Синхронные
сигналы
Сигналы
изображения
Рис. 143. Схема разделения сигналов на приеме по Маркони
случае синхронизация становится автономной, при наличии
сигналов от передатчика она является смешанного типа,
наиболее рационального при работе с большими четкостя-
ми, в особенности, если механизм развертки обладает боль-
шими моментами инерции (например, колесо Вейлера или
линзовый диск).
Остается детальнее рассмотреть вопрос о корректиро-
вании фазы изображения. Если в сигналах от передатчика
существует отсечка по кадрам, то ею можно воспользовать-
ся для получения автоматического установления в рамку
принимаемого изображения. В катодном дальновидении та-
кая установка абсолютно необходима; она будет описана
позднее. В механических приемных устройствах этой установ-
кой обычно не пользуются, ввиду того, что фазу можно
установить поворотом статора синхронного мотора; но если
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
225
бы понадобилось осуществить и эту коррекцию автомати-
чески, то выделенные синхронизирующие сигналы должны
быть направлены или трансформатором или через конден-
сатор на сетку детектирующей лампы, после которой будут
получены сигналы весьма низкой частоты, сигналы кадров.
Эти сигналы непосредственно- или после усиления действу-
ют магнитным полем элек-
тромагнита только на один
зубец на втором колесе Ла-
кура, которое насажено на
ту же ось, что и главное
Рис. 145. Сцепление между
лакуром и диском
Рис. 144. Осциллограмма
разделенных сигналов
колесо- Лакура, синхронизирующее по строчкам. Как уже
говорилось, автоматическая синфазация не получила рас-
пространения даже в экспериментальных работах лаборато-
рий.
Весьма интересен способ разделения сигналов на прие-
ме, примененный лабораторией Маркони. В этой схеме, так
же, как и во всех остальных, смешанный сигнал подается
одновременно на сетки двух отдельных ламп V3 и V4
(рис. 143). На сетку лампы Vs, предназначенной для дальней-
шего усилителя сигналов изображения, подается полный
сигнал; на сетку лампы V4, выделяющей синхронизирующие
импульсы, берется часть сигнала с движка высокоомного
потенциометра, включенного- как утечка сетки этой лампы.
Далее устраивается переход сигналов с анода этой лампы,
на сетку следующей через неоновую лампу, как уже об
этом говорилось выше, вследствие чего получаются только
кратковременные импульсы, создающие синхронизирующие
пульсации магнитного- поля (рис. 144) в катушках электро-
магнита Лакуров а колеса. Эта приемная схема с примене-
нием неоновых ламп для перехода сигналов весьма целесо-
образна и дает хорошие результаты.
Для правильного вращения механизма развертки весь-
ма важным является соотношение между синхронизирую-
щей мощностью и мощностью вращающего всю систему
15 Основы дальновидения
^26 ОСНОВЫ ДаЛЬЙОВЙДЁНЙЯ. ЧАСТЬ V)
вспомогательного мотора, а также величина момента инер-
ции всей вращающейся части. Вследствие неправильных со-
отношений между указанными величинами система, нахо-
дясь уже в синхронном движении, испытывает качания,
которые вызываются кратковременными искажениями в
частоте сигналов и слишком большим моментом инерции
системы. Поэтому надлежит возможно больше облегчить -
массу вращающихся частей, а также работать на эластич-
ном сцеплении между мотором (вспомогательным) и диском
с его колесом Лакура (рис. 145). В телевизоре Берда между
мотором и колесом Вейлера находится пружинное сцепле-
ние; позволяющее колесу вращаться синхронно без качаний
при наличии небольших толчков на вспомогательном мото-
ре. Не менее удовлетворительные результаты получаются
при применении ременной передачи от мотора к оси вра-
щающейся системы диска с колесом Лакура. Скольжение
ремня значительно уменьшает качания, так как вращение
диска синхронизируется колесом Лакура на одной оси с
ним и все небольшие неправильности хода мотора распре-
деляются между работой скольжения и мощностью синхро-
низации.
ЧАСТЬ VII
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
7. Основные принципы катодного дальновидения
Системы механического дальновидения, разобранные
нами в предыдущих частях книги, не решают с достаточной
полнотой поставленной проблемы, так как все предложен-
ные до- сего времени механизмы разложения изображения
оптически очень невыгодны и при большом числе элемен-
тов создают сигналы настолько слабые, что- дальнейшее их
усиление оказывается почти невозможным. Точно так же
воспроизведение изображения большой четкости приводит
к конструкциям чрезвычайно сложным и громоздким, дающим
весьма слабые результаты с точки зрения яркости картин. По-
этому, только введение новых принципов в технику разло-
жения изображения на передаче и приеме, в связи с исполь-
зованием исключительных свойств потока свободных элек-
тронов, позволило осуществить приборы, давшие серьезные
практические результаты. Этим новым принципом’ работы
явилось разложение и синтез изображений при помощи
электронного луча. Практическое применение электронного
луча в разреженном газе для получения осциллограмм1 быст-
рых процессов было предложено уже с 1897 г. в катодной
трубке Брауна, но лишь спустя десять лет, после ряда раз-
личных усовершенствований этого прибора (имевшего все
время лишь назначение осциллографирования высоко-
частотных процессов)', оказалось возможным применить его
Для дальновидения.
Современная катодная осциллографическая трубка
(рис. 146) представляет собой стеклянный конусообразный
баллон с удлиненной цилиндрической частью, в которой
помещены электроды, создающие свободный электронный
луч и специальные пластинки для его отклонения в двух
взаимно-перпендикулярных направлениях. Луч ударяет в
15*
228
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
дно конической части трубки, на которую нанесен с внут-
ренней стороны тонкий слой флуоресцирующего вещества.
Под влиянием ударов электронов в экран, последний светит-
ся, и на экране видна яркая светлая точка. Электронный луч,
как узкий нитеобразный поток электронов, легко отклоня-
ется внешним электрическим! или магнитным полем и тогда
пятно перемещается по экрану. Как осциллограф, катод-
ная трубка уже заняла прочное место во всех серьезных
лабораторных работах в области токов высокой частоты.
В 1911 г. проф. Б. Л. Розинг предложил применить трубку
Рис. 146. Катодная трубка (принципиальное устройство)
Брауна для приема дальновидения и широко обрисовал эту*
проблему в свем германском патенте 1911 г. (№ 244746),
в котором- с большими подробностями дал все основные
принципы катодного дальновидения и даже изложил осо-
бый способ модуляции яркости, считающийся новейшим
изобретением Туна, так называемой «скоростной модуля-
ции». Однако до 1928—1929 гг. работы по катодному даль-
новидению не двигались вперед даже в смысле получения
изображений на приемном’ устройстве. Это происходило
потому, что проблема дальновидения в целом до 1927 г. не
выходила за пределы проектов и патентных описаний, ла-
бораторные же опыты велись безо всякого теоретического
анализа; удачными из них были только работы Дженкинса
и Михали, хотя и они не шли далее получения неясных
силуэтов. Поэтому, когда в 1927 г. лаборатория Белл Си-
стем К0 показала действительное дальновидение на 2 500
точек с дисками Нипкова и с бегающим лучом, эти резуль-
таты явились для всех неожиданными. Наличие механиче-
ского передатчика дальновидения с бегающим лучом, реаль-
но осуществляющего передачу сигналов определенной чет-
кости, раскрыло возможность работы над приемом изобра-
жений с устройствами различных систем и сравнивать ре-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
229
зулътаты, из которых выяснилось, что -самым совершенным
приемником с механической разверткой в отношении каче-
ства изображения, является диск Нипкова. Все остальные
методы синтеза изображения, дающие картины больших
размеров или яркости, всегда несколько искажают изобра-
жение в каких-либо его частях.
Применение катодных трубок для приема дальновиде-
ния ставит перед этим прибором ряд требований, при вы-
полнении которых он дает изображения с любой четкостью,
а при одинаковом числе строк и значительно более яркие
изображения, чем диск Нипкова.
Требования эти заключаются в следующем.
1. Элементарный луч, а с ним и флуоресцирующее пят-
но на экране должны совершить точно такие же движения,
какие совершает бегающий луч на передатчике, сечение ко-
торого с плоскостью (или поверхностью) об’екта составля-
ет поверхность элемента изображения, отражающего неко-
торое количество света на фотоэлементы, в зависимости от
рельефа или окраски об’екта. Это — движение по строчкам
и кадрам.
2. На своем пути по строчкам и кадрам электронный
луч должен модулироваться в отношении его интенсивно-
сти с тем, чтобы флуоресцирующее пятно меняло1 свою
яркость пропорционально амплитуде приходящего сигнала.
3. Форма флуоресцирующего пятна должна быть такой
же, как и у отверстия1 в диске Нипкова на передатчике.
Требования эти в значительной степени выполняются
современными катодными трубками, разработанными спе-
циально' для дальновидения. В простых осциллографиче-
ских трубках выполнение их полностью' не предусмотрено
конструкцией трубки, но частично' они также могут быть
осуществлены, так что любая трубка может быть использо-
вана для получения изображения. Но совершенное изобра-
жение, соответствующее данной степени четкости, может
быть получено только со- специальными устройствами.
Изложенные выше требования работы трубки для прие-
ма не находятся в какой-либо зависимости от системы пе-
редающего устройства, будет ли оно с механической раз-
верткой или катодного типа. Катодный передатчик может
внести только новые дополнительные требования к прием-
нику и кроме того предоставить, как мы увидим дальше,
большую свободу в выборе формы кривой, по которой дви-
жется разложение изображения, так как катодный передат-
чик, так же, как и катодный приемник, осуществляя разло-
жение изображения электронным лучом, является прибо-
230
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VH
ром безинерационным. Поэтому для ясности понимания ка-
тодного дальновидения надлежит прежде всего ознакомить-
ся вообще со свойствами электроннолучевых устройств
(осциллографов), определить законы образования и свой-
ства электронного луча, влияние на него внешних электро-
магнитных полей и методы управления электронным лучом,
как носителем определенного количества энергии. Это удоб-
нее всего сделать, изучая свойства осциллографической
трубки Брауна и ее развитие в телевизионную трубку, в
которых условия работы катодного луча проверяются непо-
средственно на опыте.
2. Осциллографическая трубка Брауна
В настоящем изложении мы не будем касаться различ-
ных конструктивных выполнений катодных трубок, кото-
рые были разработаны отдельными исследователями на про-
тяжении сорока последних лет, так как отличие этих кон-
струкций преследовало’ цели, лишь отдаленно связаннее с
задачами дальновидения. Обычная современная трубка
имеет в себе две основные части {рис. 146): первая — раз-
рядная, в которой имеется накаленный катод, окружающий
его с боков цилиндр (так называемый «цилиндр Венельта»),
и анод в виде плоского кружка с отверстием в центре; во
второй части имеются две пары параллельных пластинок,
повернутых одна по отношению! к другой на 90°, одна из
которых присоединяется к источнику исследуемого напря-
жения, а другая — к другому источнику напряжения
стандартной частоты, так что комбинация одновременного
движении электронного луча, под влиянием электрических
полей обеих пластинок, создает на экране конической части
баллона кривую' линию той или иной характерной формы.
Образование катодного, или иначе, электронного луча
имеет причиной вылет электронов из отверстия в аноде в
пространство второй части трубки, в которой, как мы пред-
положили вначале, нет никаких электрических полей, из-
меняющих скорость электрона. Основная скорость, с кото-
рой электроны ударяют в анод и с которой они приходят
к отверстию' в этом аноде, сохраняется на дальнейшем их
пути. Электроны выходят из этого отверстия на небольшом
расстоянии параллельным пучком, который затем сравни-
тельно быстро начинает расходиться вследствие их взаим-
ного электростатического отталкивания, как однозначно
заряженных тел.
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
231
Кинетическая энергия электрона, летящего со ско-
ростью v, выразится, как и для всякого тела, Угтг, где т—
масса электрона. Потенциальная энергия того же электрона,
несущего на себе определенный заряд е, в пространстве
между анодом и катодом, будет выражена e(Vx—V2), где
Vx — положительный потенциал^ анода и V2— потенциал, эк-
вивалентный начальной скорости вылета электронов из ка-
тода. Тогда имеем
mv2
У9) или
4/
откуда
v =
Скорость, которую приобретает электрон при прохож-
дении электрического поля определенной разности потен-
циалов, может, следовательно, измеряться этой разностью
постоянная. Вели-
т
чина е=г 4,770 10" 10с. g. s. е. = 1,591 • 10_20с. g. s. ; масса элек-
трона - т = 9,03 - 10~28 ёгагат > следовательно — = 5316-1017,
потенциалов, так как величина
V
= 10,3 108 •
откуда скорость v=10,3 • 108 g. в. е. • Если V измеряется
п =5,95 • 107 У7 см j сек.
оии *
в вольтах, то v
Нетрудно видеть по этой формуле, что скорость движения
электронов даже при самых небольших ускоряющих потен-
циалах оказывается несравнимой со скоростями любых ме-
ханических движений. Так при V=1V, уже имеем ско-
рость движения электрона 5,95- 1№ см/сек = 595 км/сек. При
напряжениях, которые действительно существуют между
анодами и катодом трубки, а именно от 300 до 1000—3000 V,
скорость электронов получается сравнимой со скоростью
света и достигающей величины весьма близкой к ней
(0,9995 с) при 15 630 тыс. V, т. е. примерно при 15,5 млн,
вольт. Отсюда следует вывод, что на массу электрона долж-
на оказывать влияние его, скорость движения, как это при-
нято считать в основах принципа относительности. Если
масса покоящегося электрона есть то электрон в движе-
нии со скоростью v имеет массу
л V
гдер = —,
с
т. е. равна отношению скорости движения к скорости света с.
Начальная скорость выхода V2 электронов из катода не
232
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
велика по сравнению со скоростями, с которыми в дальней-
шем идет электрон. Эта скорость равна от 2,5 до 4,5V, и
при расчете скорости электронов ею» можно пренебречь.
Легко также учесть, что время, в течение которого элек-
тронный луч достигает экрана трубки, пролетев, например,
из отверстия анода расстояние в 60 см (что бывает очень
редко, так как трубки значительно’ короче) при скорости,
равной 10 000 V составляет сек. Таким образом элек-
тронный луч представляет собой действительно поток энер-
гии, распространяющейся со скоростью, сравнимой со
скоростью света, а потому можно предполагать, что* и свой-
ства этого луча по принципам его преломления, отраже-
ния и т. п. найдут аналогию' в световых явлениях *.
3. Формирование электронного луча в разреженном газе
В прежних катодных трубках, а также в современных
простых осциллографических, электронный разряд и обра-
зование луча совершались в среде разреженного газа.
В разрядной части трубки наличие газа проявляется только
в бомбардировке катода положительными ионами и в уве-
личении анодного тока, вылет же электронов из отверстия
анода происходит так же, как и в вакууме. При соответст-
вующем подборе давления газа и количества вылетающих
электронов, происходит автоматическая концентрация луча.
Благодаря очень большой скорости движения электронов,
имеет место ионизация газовых молекул, число которых за-
висит от концентрации газа, т. е. от числа молекул газа в
1 см3. Удар электрона в систему одного атома может рас-
сматриваться как неупругий удар’ двух тел, после которого
более тяжелое принимает скорость, обратно пропорциональ-
ную его- массе. Для примера предположим, что трубка на-
полнена разреженным газом аргоном (At), атомный вес ко-
торого есть 40.
Масса атома водорода больше массы электрона при-
мерно в 2000 раз, следовательно, масса аргона в 80 тыс. раз
больше массы электрона. Скорость, которую приобретает
положительный ион после удара в него электрона, будет
в V283 скорость электрона. Вследствие этого на (пути
электронов образуется серия положительных ионов и вто-
ричных электронов, оторвавшихся от этих же атомов, ко-
При достижении электронами скорости света, как видно из после-
дующих формул, электронные лучи не подвергаются действию электри-
ческого и магнитного полей, совершенно так же, как к лучи света.
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
233
торые отталкиваются полем проносящихся мимо электро-
нов. Выбитые электроны постепенно поглощаются атомами
газа, вследствие чего канал, в котором движутся электро-
ны луча, становится менее определенным, и луч после ко-
роткого промежутка концентрации снова начинает расши-
Рис. 147. Концентрация катодного луча в газе
Рис. 148. Зависимость образования электронного луча
от давления в трубке
ряться; затем' снова наступает сжатие газа за счет иониза--
ции и взаимодействия внутренних полей положительных
ионов и отталкивания неудалившихся выбитых электронов,
и вся длина луча 1представляется рядом веретенообразных
сжатий {рис. 147 и 148). Концентрацией электронного по-
тока (регулировкой эмиссии катода) надлежит добиться
того, чтобы на экран попала одна из сжатых частей луча,
что даст его максимальную концентрацию. Ввиду этого фо-
кусировка луча в газовой трубке зависит от давления газа
и от плотности (числа) электронов в луче (рис 149). Так
234
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
как менять давление в готовой трубке затруднительно, то
основной метод концентрации луча в газовой трубке есть
изменение накала катода и концентрация пучка электронов
в разрядной части полем цилиндра Венельта. Это положе-
ние осталось бы вполне правильным, если бы электроны
выходили из отверстия анода параллельным пучком, и при-
чиной их расхождения было только взаимное электростати-
ческое отталкивание и рассеяние в газе (взаимодействие с
полями ионизированных молекул), но в действительности
Рис. 149. Силовое электрическое поле. Слева: между
точечным катодом и плоским анодом. Справа: между
катодом, помещенным в центре кружка, и анодом
имеется целый ряд причин, по которым электроны выходят
из анода уже рассеянным’ пучком.
Рассмотрим подробнее пути электронов от накаленного
катода к аноду и разберем, какие конструктивные меры мо-
гут быть приняты для получения наиболее концентриро-
ванного и параллельного пучка электронов, выходящих из
отверстия анода. Как основной атом отрицательного элек-
тричества электрон перемещается по направлению силовой
линии, выходящей из места его отрыва от катода и опи-
рающейся на электрод анода (рис. 149). Мы заинтересова-
ны, следовательно, в том, чтобы создать поле между анодом
и катодом, имеющее наибольшее число параллельных сило-
вых линий, выходящих из катода. Далее, при приближении
к отверстию анода важно иметь резкую выпуклость этих
линий, чтобы электрон мог оторваться от -своей траектории
и продолжать путь сквозь отверстие со скоростью, приоб-
ретенной в последний момент. Точная реализация таких
заданий затруднительна вследствие того, что довольно
трудно проверить, был ли правильно поставлен опыт. При
экспериментировании на моделях была получена система
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
235
катода, находящегося в отверстии кружка, присоединенно-
го к катоду {рис. 149). Тогда основные линии идут парал-
лельно от кружка и катода к поверхности анода. Кроме то-
го целесообразно поместить катодную- группу электродов
0,5 012345
6
-2 -1012345
Рис. 150. Действие поля Венельтова цилиндра и кружка катода на кон-
центрацию электронов при потенциалах цилиндр! 0; — 0,5; —1; и —2V
внутри полого' короткого’ цилиндра, которому сообщается
отрицательный потенциал, чем1 производится сжимание рас-
ходящегося в катоде пучка электронов (рис. 150). Такие
комбинации цилиндра и катода применяются как в катодах
с кружком, так и без него (рис. 151 и 152).
На путь электронов, движущихся по электрическим
силовым линиям, влияет также магнитное поле тока, нака-
ливающего самый катод. Это поле не так мало ввиду того,
что ток накала катода бывает от 1,2 до 2А и в непосред-
ственной близости от него магнитное поле достигает 40 га-
уссов. Поэтому применение простых катодов сопряжено с
их выполнением в бифилярной форме (рис. 153), и все же
перемена полярности накала меняет концентрацию луча.
В большинстве современных трубок катоды устраиваются
1
236
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
подогревного типа с нанесением оксида Са и Ва на миниа-
тюрную пластинку, подогреваемую в середине накаленной
нитью {рис. 154). Другие конструкции имеют более сложное
устройство, когда катод нанесен на конец колпачка, подо-
греваемый изнутри спиралькой. В подогревных катодах
возможно применение переменного тока для питания нака-
Рис. 151. Выход электронов из катода в
разрядной части трубки без применения
концентрирующих устройств
ча, как уже указывалось, зависит
давления газа.
ла, хотя магнитное поле
накала все же действует
на пути электронов, и
для уничтожения этого
эффекта приходится при-
менять специальные схе-
мы.
Изменяя потенциал
на окружающем катод
цилиндре, можно добить-
ся максимального выхода
электронов в отверстие
анода (рис. 155). Даль-
нейшее образование лу-
от скорости электронов и
Газы, применяемые для наполнения трубок, главным
образом, моноатомные Не, Ar, Ne, дают концентрацию луча
при различных давлениях вследствие того, что их атомные
веса различны и имеют соответственно иные подвижности
ионов, так что концентрация наступает при различных плот-
ностях тока электронного луча. Для легких газов (Не, Ne)
это давление должно быть больше, чем для тяжелых (Аг),
ввиду того, что количество образовавшихся ионов зависит
от скорости теплового дви-
жения (Янчевский, доклад на
конференции 1933 г.). Отсюда
ясно, что образование и су-
ществование электронного лу-
ча в газовой катодной трубке
зависит в сильной степени от
ряда причин, из которых одна
из наиболее неблагоприятных,
Рис. 152. Концентрация элект-
ронов цилиндром Венельта
с точки зрения получения
изображения, состоит в зави-
симости фокусировки (т. е. раз-
меров пятна) от силы тока в
луче. Эта причина практически исключает возможность
применения газовых трубок для дальновидения, особенно в
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
237
дальновидении с малым числом строк, так как расплывание
пятна при модуляции вызывает очень грубые искажения
изображения (рис. 156.). На-
оборот, при большом числе
строк (90 и 120) и при не-
больших изменениях яркости
получение изображений, хотя
и не очень ярких, вполне воз-
можно, что неоднократно про-
верено на опыте. Газовые
трубки обладают, однако, еще
рядом других недостатков: не-
линейностью движения пятна
при электростатической раз-
вертке, постоянным свечением
экрана, смещением луча при
модуляции, вследствие чего
для промышленного дальнови-
дения их применение в настоя-
щее время оставлено, хотя и
сохранилось в некоторых лабо-
раторных опытах. Однако в си-
стемах дальновидения, в кото-
рых не требуется изменение
силы тока в катодном луче,
пользование газовыми труб-
ками вполне возможно. При-
мером такой системы может
служить система скоростной
модуляции («Liniensteuerung»)
Туна—Арденне, описанная на-
Р
Рис. 153. Конструкция катод
в трубке Брауна
ми ниже.
Форма электродов
Рис. 154. Катод осцил-
лографа Энде
анода служила предметом многих
опытов и конструкций, но в при-
борах, предназначенных и рабо-
тавших в дальновидении (катод*
ные трубки М. фон-Арденне), для
газовых трубок осталась наиболее
простая^ плоский кружок с от-
верстием в центре. Расстояния
между электродами в сильной сте-
пени зависят от эмиссии электро-
нов с катода давления газа и ра-
бочей скорости электронов в луче
(анодного напряжения). Различные
238
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
типы газовых трубок изображены на рис. 157 М. фон-Ар
денне.
к
Л
Рис. 155. Действие цилиндра Вевельтз
Рис. 156.
Искажение
изображения, полученного на газовой трубке
системы Худека
160 -
Рие. 157. Трубка Манфред фон-Арденне
240
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
4. Отклонение электронного луча электрическим полем
Для получения изображения при помощи электронного
луч а, в ы з ы в ающе го ф л у орес це нцию экр а н а, н е обходи м о
снабдить катодную трубку приспособлениями, отклоняющи-
ми луч в любых направлениях и с любыми скоростями. Это
можно осуществить, пропуская электронный луч в равно-
мерном электрическом поле между двумя пластинками ма-
лого конденсатора, которому сообщается переменная раз-
ность потенциалов. Как носитель отрицательных зарядов,
электронный луч притянется к положительному электроду
Рис. 158. Отклонение электоронного луча электрическим полем
и оттолкнется от заряженного отрицательно; такое движе-
ние может совершиться по любому закону изменения по-
тенциалов пластин.
Разберем все положения электронного луча при про-
хождении электронами пути от отверстия в аноде до экра-
на, находящегося на расстоянии L от отклоняющих пла-
стин (рис. 158). С момента выхода электронов из отвер-
стия в аноде до вхождения их в электрическое поле кон-
денсаторов электроны движутся прямолинейно по оси труб-
ки. Это движение, вообще говоря, не совсем прямолинейно,
так как часть электронов тратится на ионизацию' и фоку-
сировку, и в газовой трубке, как уже упомянуто выше, луч
имеет веретенообразный неточный характер, но для вывода
основных формул предположение о прямолинейности путей
является более простым', которое затем можно было бы кор-
ректировать в детальном анализе явления.
Пусть электрон, несущий заряд
есть т, движется со скорость v0, равной
е, масса которого
1/2 —V и попада-
у m
ет в электрическое равномерное поле' с разностью- потенциа-
лов Е. Напряженность поля на единицу расстояния d между
Е
пластинами—Ри +Р конденсатора будет—-.Сила-, отклоня-
d
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ 241
ющая электрон от его начального положения, будет
F Ее
и эта сила сообщит электрону ускорение / = — =------.
т md
Тогда путь, пройденный электроном ib направлении силы F
(длина отклонения), будет: 8Х
1 1 Ее
— ]t2=-------
2 2 md
Нас интересует отклонение за время прохождения элек-
троном между конденсаторами. Если длина пластин по оси
трубки есть 1, то время прохождения этого расстояния со
скоростью v0 будет t=___Подставляя это выражение для t
v0
Ее I ]2 Е • Р
в формулу имеем 8
2znd [v0
V -d
Скорость, с которой электрон отклоняется перпендикуляр-
но своему направлению, есть vx = jt и равна нулю при
вхождении электрона в поле конденсатора (7 = 0) и при
Ее I
выходе будет Vj =----------.
md v0
По выходе из поля конденсатора электрон пойдет опять
прямолинейно, но с двумя постоянными скоростями v0 и
взаимно перпендикулярными; это означает, что- он откло-
* 4 L Ее IL
нится еще на расстояние о2 — г2 — =------------------
v md р2
Полное отклонение, равное сумме п S2, будет, следо-
вательно
Из этого выражения видно, что для получения боль-
шой чувствительности пластинки должны быть длинными и
расположенными близко одна от другой, но луч не должен
пересекаться ими. Для получения максимального отклоне-
ния пластины должны иметь такую длину 7 и так располо-
жены на расстоянии d, чтобы приблизительно соблюдалось
d 8
отношение — =—. Выражение для отклонения луча
/ Е
показывает что отклонение обратно пропорционально
16 Основы дальновидения
242
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
анодному напряжению трубки, так что уменьшение ско-
рости электронов вызывает увеличение размаха электрон-
ного луча. В трубках с электростатической системой откло-
нения имеются две пары пластин, повернутых на 90°
одна по отношению к другой, что позволяет осуществить
отклонение в обеих координатах. В каждой паре одна из
условии электронный луч может
пластин присоединена’ к аноду, так как только’ при этом
войти в пространство меж-
ду пластинами, не будучи
уже заранее отведен в сто-
рону.
да Для отклонения луча,
как легко рассчитать по
формулам, в осциллографи-
ческих трубках необходимо
Рис. 159. Схема включения отклоняющих пластин
применять между пластинками разность потенциалов о г 30
до 100 вольт. Такое напряжение может быть получено от
генераторов непосредственно или при помощи усилитель-
ного каскада на высоковольтной усилительной лампе
(рис. 159). Применение трансформаторов (рис. 159) возмож-
но лишь в ограниченных пределах, так как трансформиро-
вание может внести ряд искажений, зависящих от частоты,
и осциллограмма перестанет быть действительной интерпре-
тацией изучаемого процесса.
Присоединение к аноду иногда осуществляется не не-
посредственно, а через сопротивление, шунтированное кон-
денсатором или с включением некоторой противобатареи.
Такое включение имеет целью уничтожить некоторые иска-
жения в линейности хода луча, о чем речь будет ниже.
В трубках для дальновидения М. фон-Арденне все че-
тыре пластинки имеют отдельные выводы непосредственно
сквозь толщину стекла, что позволяет применить к ним лю-
бую схему соединения. В осциллографической газовой
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
трубке завода «Светлана» две пластинки (по одной из каж-
дой пары) внутри трубки присоединены к аноду, что исклю-
чает возможность изменения напряжения между анодом и
пластинами. Для снятия осциллограмм эта система удобна
в обращении и работе, но для дальнови-
дения такая фиксированность одной схемы п ' п злектр
во многих случаях вызывает ряд затруд- _Д qUt пуч
нений. Для повышения чувствительности | ||
трубки, т. е. для увеличения отклонения
луча на единицу напряжения на откло-
няющих пластинах, было предложено
ставить эти пластинки наклонно (рис. 160).
Отклонение в этом случае выражается
Рис. 160. Наклон-
ное расположение
отклоняющих плас-
тин
зависимостью:
_____ I £
— °1 “Г о2
- Ll—lg
d2-d, s dj
и d2—'расстояния между концами пластин с входной
стороны (di) и выходной (d2). Для дальновидения подобное
расположение пластин не играет роли, так как отклоняющие
н апр яж е н ия создаются ме ст н ы м и г ен ер ат о р а м и, м о щность
которых ничем не ограничивается. Такое положение откло-
няющих пластин может понадобиться в том случае, когда
Рис. 161. Проекционная трубка Арденне
необходимо получить на экране трубки неодинаковые ра?-
махи луча, если, например, плоскость этого экрана не пер-
пендикулярна оси трубки. В новейших катодных трубках
М. 'фон-Арденне (рис. 161), предназначенных для проекти-
рования изображения на большой экран объективом, флу-
оресцирующий! экран наклонен к оси трубки под углом 45°.
Расстояние от экрана до середины отклоняющих пластин
все время уменьшается, и соответственно уменьшается раз-
мах луча на экране. Вместо прямоугольной фигуры, зачер-
ченной светлыми линиями строчек, получится трапеция
16*
244
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Чтобы исправить этот недостаток развертки применяется
именно наклонное положение пластин с сохранением, одна-
ко, параллельного положения их оси трубки. Следователь-
но, в каждый данный момент отклонение луча совершается
по первой формуле 3 -=----— • — I — -J- L , в кото-
г т г " 2 V d \2 ’ )
рой d меняется от строчки к строчке. Полагая, что пласти-
\е2
Рис. 162. Расчет наклона пластин для проекционной
трубки Арденне
ны наклонены под углом 6г и 62 (несимметрично) (рис.
162), можно выразить расстояние d так:
d = di + У (tg 6i + tg62),
где — расстояние в середине между пластинами. Тогда
формула отклонения луча для косых пластин примет вид:
2 v d, + у (tg Qi + tg е2)
Эта формула остается справедливой только для малых
углов Qi и Q2, так как силовые линии между пластинами
искривляются и; принимают форму дуг, по которым совер-
шается движение луча. Угол наклона экрана р находится
, d
по его tg ср =-----=-------------•-------,
d + 4- (tg 6i + tg 62)
&
где h—расстояние между второй парой пластин (кадров). Про-
екционная трубка Арденне изображена на рис. 161. Отклоне-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
245
ние луча электрическим полем применяется как в газовых,
так и в чисто вакуумных катодных трубках. В газовых
трубках этот способ отклонения имеет некоторые недо-.
статки, сводящиеся, главным образом, к влиянию на пере-
мещение луча полей, создаваемых остатками локализиро-
1
Рис- 163. Голе положительных ионов в середине
между пластинами
Рис 164. Результирующее поле между пластинами
ванных частиц (положительных ионов). Эти недостатки
стали особенно заметны, когда газовые трубки подобного
типа были применены в приеме дальновидения. Вследствие
малой подвижности положительных ионов, находящихся в
средней части пространства между пластинками, здесь про-
Рис. 165. Система отклоняющих пластин с уничтожением „креста
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
247
исходит накопление положительного заряда (рис. 167) ви-
сящего в этом положении и медленно исчезающего при вос-
становлении нейтральных атомов, как только ионизирован-
ные частицы получат электроны с поверхности луча или от
близлежащих атомов,
ионизированных тем же
лучом. Вследствие этого
в движении луча в цен-
тральной части происхо-
дит замедление его ско-
рости (рис. 164). Такое
замедление происходит в
обеих координатах, что
оказывает влияние на по-
ложение строк на экране
(замедление по оси Y) и
увеличение яркости и
размеров пятна (замедле-
ние по оси х). Вместо
равного растра из парал-
лельных строчек мы по-
лучаем сужение рассто-
яния между строчками
по середине и белое пят-
но на середине каждой
строки. Весь растр пред-
ставляется как бы разде-
ленным на четыре части
крестообразно двумя
светлыми полосами. Это
явление было замече-
но в самохМ начале при-
менения катодных газо-
вых трубок для даль-
новидения и получило
название „креста". Для
уничтожения „креста"
Арденне предложил при-
менять вместо пары пла-
стин для каждой коорди-
наты три таких пластин-
ки (рис. 165 и 166). Одна
из них, нормально рас-
положенная и обычных
размеров, работает на
Рис. 166. Включение разрезанной
отклоняющейся пластины для уни-
чтожения «креста**
248
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
повышение положительного потенциала, как это обычно
совершается. Вместо другой, которая ранее присоединялась
к аноду, применяются две пластинки, находящиеся в одной
плоскости, присоединенные к концам некоторой батареи,
средняя точка которой присоединена к аноду. Вторая
пластинка как бы распилена пополам. Тогда на протяжении
полета электронов имеется отрицательный потенциал: одной
части пластинки, и положительные ионы непрерывно пог-
лощаются, вследствие чего «крест» исчезает. Вместо такой
системы можно присоединить к аноду (целую вторую пла-
с т и н к у ч ер ез с опр о т и в л е н и е, шу н тиров ан н о е кон де нс ато-
ром. Накопление электронов на пластинке непрерывно унич-
тожается бомбардировкой ионов, и «крест» также может
быть уничтожен.
Исследования, произведенные Мак-Грегором (Mac-
Gregor) над газовыми трубками, показали, что явление
«креста» не зависит от частоты развертки в пределах до
10 тыс. пер/сек, что, конечно, надо было предполагать, так
как подвижность положительных ионов хотя и не велика,
но все же выше скоростей столь небольших частот, как
10 тыс. пер/сек, и поэтому явление сохранилось лишь там,
где эта подвижность вообще замедлена вблизи равновесно-
го потенциала средней части пространства между пласти-
нами.
Теми же опытами найдена электрическая формула
отклонения луча, учитывающая влияние «креста»,
Ъ'=КЕ—КД+О’-г’о) ,
в которой V— отклонение в мм;
Е—отклоняющий потенциал;
z —ток проводимости между пластинами
Е вольтах;
/о — ток проводимости Гмежду пластинами
Е = 0;
„ 1 I L
К — постоянная отклонения — —----:
2 d V
при
при
Ki — экспериментальная найденная постоянная.
Эта формула имеет тот недостаток, что в ней присутствует
экспериментальная постоянная К1у нахождение которой не
обусловлено автором теоретически. Однако важным явля-
ется вывод, что' явление «креста» пропорционально корню
квадратному из разности постоянных токов между пластин-
ками. Ток между пластинками есть паразитное явление, ко-
торое может сильно исказить результаты, так что анализ
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
240
процессов, при которых он может появиться, становится
весьма важным для судьбы электростатического отклоне-
ния луча. В основном, ток между пластинками является след-
ствием ионизации газа, аналогично той, которая существует
перед разрядом в газосветных лампах; но кроме того име-
ется и чисто электронный ток, который является следст-
Рис. 167. Согнутая трубка Худека
вием бомбардировки пластин ионами или даже электрона-
ми в чистом вакууме. Этот электронный ток состоит из
вторичных электронов, выбитых рассеянными электрона-
ми луча. Сила тока между пластинами иногда достигает в
современных трубках 25—30 цА. Так как отклонение луча
совершается обычно накоплением заряда в конденсаторе,
присоединенном к пластинкам, то для парализации вредного
влияния этого тока надлежит учесть расход мощности в
£2
отклоняющих пластинках, который равен- ------= Е (/ — z0);
/?
в противном случае движение луча не будет соответство-
вать повышению' потенциала на конденсаторе.
250
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
В заключение разбора систем с электростатической раз-
верткой следует упомянуть еще о трубке Худека, в которой
явление «креста» уничтожено наклонным расположением
пластин и своеобразной формой баллона. Так как «крест»
присущ нулевому потенциалу центральной части между пла-
стинами, то Худек направляет эту часть на край экрана;
чтобы не терять части изображения в системе имеется еще
пара пластин, которые отклоняют все изображение постоян-
но. Такая конструкция потребовала изменения формы бал-
лона на согнутую конусообразную (рис. 167). Эту систему
нельзя признать особенно удачной, так как несимметрич-
ность стеклянного баллона делает всю трубку очень хруп-
кой и ставит ее под угрозу раздавливания атмосферным’
давлением, что уже и наблюдалось на практике.
5. Отклонение электронного луча магнитным полем
Предположим, что магнитное поле действующее на
электронный луч, однородно на всем пути, на протяжении
которого электроны подвергаются этому воздействию, и
I
Рис. 168. Отклонение луча магнитным полем
кроме того оно имеет достаточно резкие границы. Введе-
ние понятия неравномерного поля, действующего на элек-
троны, приводит к весьма трудным вычислениям, неоправ-
дываемым практическими результатами. Электрон, движу-
щийся со скоростью г, эквивалентен току i = ev. Магнитное
поле действует на этот ток с силой, выражающейся по
закону Био-Савара F—^H ev sin ср, где ф — угол между на-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
251
правлением тока и магнитными силовыми линиями (рис. 168).
Если электронный луч направлен перпендикулярно линиям
сил поля, то 9 = 90° и sine?—1. Под влиянием силы F
л • F
электронный луч получит ускорение, равное —длякаж-
т
дого электрона, его составляющего, и переместится на
1 ... 1 Hev ,, „ .
величину s = — ---------1 . Время t, в течение которого
электрон пролетает поле, занимающее по оси трубки про-
, . . I . 1 Hev / I \2
тяженность I, будет t ——; откуда =------------—И
v 2 т \ v /
Скорость перпендикулярного перемещения электрона
выразится u = jt и достигает на выходе из поля величины
. I Hev Hel
и—j •— =--------—=-------
v т v т
С этой скоростью электрон будет продолжать уклоняться
от оси трубки за все время до достижения экрана, нахо-
дящегося на расстоянии L от края магнитного поля. Время
достижения экрана после выхода из поля будет t2 = —, и
v
дополнительное отклонение, которое получит электрон,
будет о2 = п/2 и ut2 = -”el • —. Общее отклонение элект-
т v
рона от оси будет
5 , . s 1 Hel? . HelL Hel ( I , \
О -- Oj “j— Og — I--------- I----------jL I
2 mv mv mv \ 2 7
Скорость v, по прежнему, равна
—.Таким образом мы
т
видим, что отклонение электронного луча в однородном
магнитном иоле обратно пропорционально скорости элек-
тронов, а не квадрату скорости, как это было для поля
электростатического, в котором 6 =
В применении магнитного поля для отклонения электрон-
ного луча встречаются затруднения в расчете величины Н,
так как на этот вопрос довольно мало конкретных указа-
ний. Переход к практическим формулам, по которым мож-
252
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
но предварительно вычислить S для определенных кату-
шек, был сделан инж. Н. И. Дозоровым, который проделал
Рис. 169. Параметры катушки для отклонения луча
магнитным полем *
эту работу для
расчета катод-
ного телеви-
зора системы
ЦРЛ с «кине-
скопом» завода
«Светлана».
Отсылая для
выводов этих
формул к ори-
гинальной ста-
тье инж. Н. И.
Дозорова, при-
ведем некото-
рые из егоокон-
чательных ре-
зультатов. Пусть In — ампервитки данной катушки, S —
двойное расстояние до катушки, X—длина намотки
di — диаметр среднего витка (рис. 169), тогда
дает очень небольшую ТОЧНОСТЬ, Рис. 170. Диаграмма функций
иногда с ошибкой на 200-300%. "™<>°бРазных импУЛЬСОв
Отклонение луча магнитным полем освобождает пока-
зания осциллограммы от искажений, связанных с остаточ-
ной ионизацией и ее полями, как это было в случае приме-
нения электронного поля. Получение мощного магнитного
* На рис. 169 показаны обозначения, не соответствующие приведенной
формуле для S; эта же формула в соответствии с рис. 169 напишется так:
0,38 In . D 2 (-^4' h V D
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
253
поля связано с другими искажениями, вследствие чего маг-
нитное отклонение редко применяется для снятия осцил-
лограмм. Но в дальновидении частота токов, которые
управляют движением луча, сравнительно не велика даже
при большой четкости. Предположим1, что принимаемое
изображение имеет 240 строк и 20 кадров в секунду. Часто-
та строк, которая будет действовать в отклоняющих ка-
тушках, будет fs — N - z = 240 • 20 = 4800 пер/сек. На прак-
тике вопрос оказывается все же значительно сложнее, так
как форма тока, которая должна создавать магнитное поле,
имеет не синусоидальный, а пилообразный характер (рис.
170), причем, разлагаясь в ряд Фурье, форма эта предста-
вится в следующем виде:
Y = 2 sin t
1 . ,
— sin 3t ± .
sin kt
Следовательно, чтобы форма магнитного потока не иска-
зилась, необходимо, чтобы в катушках могли проходить
весьма высокие гармоники. Ряд, на ^который разлагается
данная функция, есть ряд знакопеременный. Ошибка суммы
членов этого рода от истинного значения этой функции рав-
на последнему отброшенному члену. Таким образом вели-
sin kt
----------------------- является критерием точности дан-
к
чина (—
ного разложения. Это означает, что если мы отбросим дан-
ную гармонику, то кривая у будет искажена во всех своих
ординатах на величину, отброшенную выше. Вообще надо
считать, что для правильного прохождения пилообразных
токов следует обеспечить прохождение 12-й—15-й гармони-
ки. В нашем примере это приводит к сопоставлению импе-
данца катушки при частоте 4800 Hz и при частоте
4800 X 15 = 72 000 Hz, из этого видна необходимость весь-
ма малых самоиндукций. Таким образом для работы маг-
нитным полем, казалось бы, целесообразно применение
трансформатора, так как малая самоиндукция катушки свя-
зана с малым числов витков и большим током в них, чтобы
сохранить поле // = 1,256 J. п.
Переменная э. д. с. в первичной обмотке трансформа-
тора Esin&t создает во вторичной обмотке, замкнутой на
омическое сопротивление, ток, величина которого выра-
жается через z2:
ME sin cof
254
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
При несинусоидальной форме кривой э. д. с. первичной
обмотки это выражение справедливо будет для всех частот
<й, 2<и, 3<о и т. д., каждая из которых создает переменную
составляющую со своей частотой. В выражении для /2
Ri Rs
в знаменателе только слагаемое
(О (Lj L2 — АР)
ш
зависит от частоты. Если выбрать постоянные во времени
каждой цепи так, чтобы это слагаемое было мало по срав-
нению с (/?! L2 -j-/?2 LJ1, то ток i2 не будет зависеть от
частоты.
Введем в выражение для /3 следующие обозначения:
В выражениях для Тг и Т2 величины Llt Lt, Rlt R2 прини-
маются полные самоиндукции и сопротивления первичной
и вторичной цепей. Путем преобразования получим длл
тока I,
кЕ sin со/
Вычисляя i2
по формуле
. __ кЕ sin ш/
А,1|/Л' Т "* )/Л.’
ошибку, так как вычисленную величину надо
мы сделаем
поправить на коэфициент
который можно вычислить для различных величин о), 2о>...
и таким образом оценить влияние ослабления высших гар-
моник. Основная формула для i2 показывает, что всегда вы-
годно всемерно увеличивать коэфициент связи между об-
мотками к, так как при этом повышается числитель дроби,
(КЕ sin соf Esin cot) и пропадает один частотный член —
со 71 Та- (1 — к2)
Н” ^2
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
255
Повышение величины к связано в большинстве случаев
с уменьшением коэфициента трансформации. Как один из
способов осуществления этого требования применяется сле-
дующий: первичная и вторичная обмотки представлены в
виде скрученных двух проволок, которые намотаны затем
на общий каркас катушки; коэфициент трансформации по-
лучается тогда только за счет разного диаметра проводни-
ков. Выражение
кЕ sin mt
принимает наибольшее значение, если
или 7\
т. е. постоянные во времени первичной и вторичной обмо-
ток должны быть равны. При этом получаем наибольший
ток z2. Это условие можно распространить на всю цепь,
учитывая pi — внутреннее сопротивление лампы, в анод
которой включен трансформатор, р2 — омическое сопротив-
ление отклоняющих катушек, омическое сопротивление об-
моток и и г2 и выполняя пропорцию
: L2 — Ri • ^2 — G • ^2 — Pi : Р2
Тогда ток i2 достигает наибольшего значения и без кор-
рекции на частоту будет равен
кЕ sin wf
Корректирующий множитель зависит от выражения
При допущении, что эта величина должна быть меньше 1,1
получим условия коррекции
----0,458 — для низких частот и
2(оТ
шТ(1-Х2Х 0,458 — для высоких.
256
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Эти коррекции приводят, однако, к выводу, что широко-
полосный трансформатор должен иметь К близкое к еди-
нице и постоянную во времени не больше периода наивыс-
шего колебания.
Для расчета самоиндукции катушек существует до-
вольна МНОГО1 формул. Мы приведем здесь формулу Брукса
и Тэрнера, которая хорошо подходит для плотно намотан-
ных катушек. Самоиндукция L такой катушки равна:
Рис. 171. К расчету самоин-
дукции многословной катушки
4л2 а2 №
где а — средний радиус намотки;
6-,-длина катушки по оси;
с—толщина обмотки;
R — внешний радиус обмотки;
N—полное число витков.
106 4-12с 4-27?
106 4- Юс 4-1,4₽
7
147?
Включение отклоняющих катушек в цепь усиления
последнего каскада представляет собой очень важный’ мо-
мент для получения правильного отклонения. Обычно при-
Рис. 172. Диференциальная схема включения катушек
меняются те же схемы, что и для включения динамических
громкоговорителей. Вопрос о питании катушек через транс-
форматоры уже разобран, поэтому упомянем лишь о непо-
средственном включении катушек. Наиболее удобной и
правильной схемой является та, при которой катушка
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
25?
включается между анодом лампы и соответствующей точкой
на потенциометре анодного напряжения. В аноде лампы
включено чисто омическое сопротивление или сопротивле-
ние и дроссель; при этом1 получается наиболее правильная
частотная характеристика. Применяются также и схемы
Рис. 173. Включение катушек по схеме с конденсатором
включения через конденсатор, как это делается в схемах
громкоговорителей (рис. 172 и 173).
6. Люменисцирующие экраны катодных трубок
Одной из наиболее важных частей катодной трубки,
предназначенной для дальновидения, является экран, кото-
рый дает свечение под влиянием бомбардировки его элек-
тронами. Общий физический термин холодного свечения
вещества есть «люменисценция», которая разделяется на
«флюоресценцию» и «фосфоресценцию». Первое — это све-
чение вещества под влиянием какой-либо лучистой энер-
гии, например, голубое свечение керосина при освещении
его белым светом, исчезающее, как только возбуждающий
свет прекращается; второе — свечение, главным образом, в
темноте, остающееся после того, как возбуждающая энергия
исчезла. Свечение под влиянием бомбардировки электрона-
ми часто называется «электролюменисценцией» и по внеш-
ним свойством может считаться флуоресценцией, так
как исчезает, как тольке бомбардировка электронами пре-
кращается. В действительности, при электролюменисцен-
ции имеется и фосфоресценция, которая длится короткое
время 720—,x/io сек. Более длительная фосфоресценция
замечена в некоторых экранах катодных трубок и для пло-
хих сортов виллемита может продолжаться до полуминуты,
что можно наблюдать, если выключить трубку в полной
темноте. С наличием фосфоресценции связан вопрос о све-
1? Основы дальновидения
258
основы дальновидения, часть уп
товой инерции экрана, весьма важный для качества изобра-
жения катодного приемника. Фосфоресценция, задерживаю-
щаяся на время, не большее продолжительности одного
кадра, не только не вредна, но в высшей степени полезна,
так как осуществляет естественное накопление света экра-
ном, то самое, для которого приходится -применять столь
героические меры в механическом дальновидении, как при-
соединение конденсаторов к каждому элементу экрана, как
это было об’яснено в части V (п. 7, стр. 202).
Специальные исследования на эту тему еще не произ-
ведены, но мы сейчас уже определенно можем выявить тре-
бования, пред являемые к экрану с чисто- оптической сто-
роны. Первое, это максимальное и безинерционное свето-
вое возбуждение экрана электронным лучом. Этому требо-
ванию- экраны удовлетворяют в отношении безинерцион-
ности возбуждения, вероятно, вследствие того, что- кине-
тическая энергия луча весьма велика. Что касается яркости
экрана, то это вопрос его качества, способа изготовления
и толщины слоя, но в основном, даже самые инерционные
экраны (в смысле остаточной фосфоресценции) возбу-
ждаются, практически говоря, мгновенно. Это очень важное
свойство для образования изображения в дальновидении,
в котором электронный луч в каждый данный момент воз-
буждает все новые и новые точки экрана и с амплитудой
свечения, 'пропорциональной его интенсивности. Важно, сле-
довательно, чтобы возбужденное место экрана погасло лишь
к моменту начала следующего' возбуждения, которое про-
изойдет после окончания синтеза полного изображе-
ния. Отсюда ясно, что допустима остаточная фосфоресцен-
ция всего в течение 725—х/зо сек. Функция спадания
свечения за этот промежуток времени была получена
экспериментально д-р-ом Зворыкиным; по этой функции
можно судить (например, планиметрируя эту кривую), что
запасание света экраном, при спадании свечения до 5%
Nn
основной яркости, равно
означает, что при нали-
80 ‘
чип этого «недостатка» экрана яркость изображения увели-
чивается например при 20 кадрах в сек. в 0,25 п раз, по
сравнению с безинерционным экраном *. Отметим, что для
н аб л ю д ен и я и ф о то гр-афир ов ани я неси н хр он из и ров ан н ых
осциллограмм фосфоресценция экрана может в некоторых
случаях явиться действительно важным1 недостатком, иска-
жающим осциллограммы.
* О роли фосфоресценций в катодном дальновидении см. ч. V, § 7.
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ 259
С точки зрения физического процесса, происходящего
в структуре вещества при его' фосфоресценции, по теории
Ленарда предполагается, что фосфоресцирующее вещество
представляет собой комплекс трех основных частей како-
го-либо сернистого или иного соединения тяжелого метал-
ла (от 0,0022 до 0,3%) и связывающей их плавкой соли (на-
пример, до 3% Na2SO4 или ZnSO4). При ударе электронов
происходит выбивание вторичных электронов из металли-
ческих центров, которые постепенно возвращаются из про-
странства, заполненного непроводящим веществом, к атому
металла, и при этом- происходит испускание света. Наиболее
употребительным веществом для экрана является виллемит
Zn2SiO4 (ортосиликат цинка). Виллемит есть единственный
чистый ортосиликат цинка, встречающийся в природе, ром-
боэдрической системы, бесцветно-прозрачный или желто-
ватого цвета, иногда голубой. Получение виллемита синте-
тическим путем было осуществлен^ уже многими. Из них
отметим работу Клер Девилля (Н. S. Claire Deville), кото-
рый получил виллемит пропусканием SiFl4 и HF14 над ZnO
при температуре между вишнево-красным и красно-белым
калением. По А. Жоржу (A. Georges), вилемит может быть
получен сплавлением одной части водной или безводной
кремнекислоты и 30 частей смеси из 1 экв. Na2SO4 и 0,5 (или
1,0) экв. ZnSO4, после чего кристаллы виллемита в виде бе-
лого порошка вымываются горячей водой.
Под влиянием ударов электронов виллемит флуоресци-
рует ярким зеленым светом. По данным Зворыкина, сила
света флуоресцирующего пятна на экране достигла одной
свечи при 130 у. А тока в катодном луче и доходила линейно
до 1,4 свечи при 200 р.Д.
Из других веществ, применяемых для экранов, отме-
тим шеелит CaWO4 почти всегда с примесью СаМоО4, а так-
же ZnS—Си (сульфат цинка Гизе). Свечение этих веществ,
как впрочем и других, зависит от способа их изготовления.
В отношении возбуждения' флуоренсценции, в зависимости
от интенсивности катодного луча, до скорости 14 тыс. V,
применяется закон Ленарда P = pj (V — Vo) стильбов; н —
коэфициент, зависящий от состава вещества, /— сила тока
в луче, V— анодное напряжение и 1%—наименьшая ско-
рость электронов, при которой происходит свечение. Зара-
нее предсказать яркость элемента изображения по этой
формуле можно лишь приблизительно, так как и и
довольно неопределенны, НО' эта формула показывает, что
средством к амплитудной модуляции элемента изображения
17*
260 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
катодного дальновидения является линейное изменение то-
ка луча j или же анодного напряжения V. Мы увидим ни-
же, которому из этих способов следует отдать предпочте-
ние,
7. Образование катодного луча в чистом вакууме
Под термином «катодного луча» в настоящей главе бу-
дет разбираться не образование катодных лучей в вакууме
вообще, которые существуют всегда, когда соблюдаются
условия вылета электронов за пределы поля положитель-
ного электрода, но получение сконцентрированного пучка
электронов, направленных и собирающихся на поверхности
весьма малых размеров.
Поэтому следует рассматривать: 1) условия появления
расходящихся электронных лучей, 2) условия существова-
ния параллельного и сходящегося пучков 3) условия их
преломления, отражения и концентрирования в пучок весьма
малого сечения.
Все эти свойства катодных лучей об’единяются под
одним общим термином «электронной оптики», в которой
проводится аналогия между учением о видимой лучистой
энергии, распространяющейся' в вакууме со- скоростью' све-
та, и катодными лучами, являющимися потоками свободных
электронов, скорость которых значительно меньше по срав-
нению со скоростью света. В основании электронной опти-
ки, как и оптики света, лежит понятие о- преломлении ка-
тодных лучей <в соответствующих системах, изменяющих их
основную- скорость, вследствие чего происходит изменение
прямолинейного- направления луча. Такими системами для
электронного луча являются электрическое и магнитное
поля, которые в обычной оптике соответствуют прохожде-
нию света из одной среды с коэфициентом преломления пх
в среду с коэфициентом п2. Комбинация электрических по-
лей различных градиентов потенциала или магнитных по-
лей с различными градиентами магнитных потенциалов
представляет собой преломляющие или отражающие систе-
мы для потоков свободных электронов, или, как мы будем
их называть для краткости, электронных лучей.
8. Электронный луч в свободном пространстве
Электронным лучом в свободном пространстве назовем
поток электронов, непрерывно движущихся в определенном
направлении, исключительно вследствие скорости, приобре-
тенной ими при выходе из излучающей электроны систе-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
261
мы, без взаимного влияния полей, создаваемых самими элек-
тронами, при нулевом1 градиенте потенциала внешнего
поля. Движение электронов в- электростатическом поле под-
чиняется уравениям движения материальной частицы в си-
ловом поле, на основании обычных законов механики:
d2x
т------
dt*
d2y
т -
dt2
где т — масса электрона, е—его заряд, X, У, Z—состав-
ляющие электрического поля по трем координатам. В слу-
чае однородного поля, когда X, У, Z постоянны, эти урав-
нения интегрируются легко и дают следующие слагающие
пути электрона:
2т
t2
2т
2т
Если действие поля прекратилось, т. е. X, У и Z
уравнения приобретают следующий вид
x = at-\~ai> y — bt-^bv z —
О, то эти
— уравнения прямых линий. Следовательно, электронный
луч в свободном пространстве имеет траекторию прямой
линии и движется, как бы по инерции.
t
9. Естественное расхождение пучка электронных лучей
' В том случае, когда взаимовлиянием полей электронов,
составляющих каждый элементарный луч, пренебречь нельзя,
мы получаем пучок электронных лучей, имеющий естест-
венное расхождение элементарных лучей вследствие оттал-
кивания, направленного перпендикулярно касательной к
траектории луча. Таким образом пучок параллельных лу-
чей, выходящий, например, из анода разрядной части спе-
циальной трубки Брауна (в совершенном вакууме), остает-
ся параллельным только на небольшом его расстоянии X
от отверстия анода. В дальнейшем лучи постепенно расхо-
дятся, пучок принимает конусообразную форму, и только
очень небольшая центральная часть сохраняет на больших
удалениях ту же плотность электронов на единицу сече-
ния луча,; которая была в отверстии анода. Сконцентриро-
вать эти электронные лучи на данном расстоянии от анода
262
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
на поверхность, равную или меньшую площади, чем отвер-
стие анода,—задача фокусирования луча, и разрешается она
применением электронно-преломляющих линз (магнитных
или электростатических). Формула, определяющая расхож-
дение параллельного' пучка электронных лучей, была най-
дена Е. Е. Ватсоном (Е. Е. Watson). В этой формуле расхож-
« У
дение луча определялось как функция отношения —, ради-
г
уса у сечения луча на расстоянии х от анода к радиусу от-
у
верстия в аноде г. Обозначая это отношение /? = — , Ватсон
г
получил следующее выражение
Г dR — 1 / 4тсе • X • Jn
J V т Ф(г)’
1
где
х — расстояние сечения луча от
яе
анода; /я =----; п —число электронов в секунду, г — ра-
пг2
диус отверстия в аноде, с—заряд электрона, т—его масса,
v — скорость электронов, с — скорость света. Обозначая
через F —
и вводя вместо плотности тока
силу тока в луче, преобразовываем эту формулу в следую-
щую, полагая 1п =
то
Но этой формуле Л. С. Полотовский вычислил несколько
частных примеров самопроизвольного расхождения луча
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
263
1) Пусть х = 20 см, 7а1)одпое = 1250 V, при этом V — 0,07с =
= 2,1 • Ю9 см/сек. Тогда Ф (г) — 3 • 103. Пусть ток в луче / =
= 50рА = 5 • 10-6 э. м. ед.
dR
1,97
как
По таблице, представляю-
dR
щей интеграл <—=,
JVigfl
1
о / у \
зависимость г — | от
находим, что
0,1 см F 7
У
2) Пусть X, попрежнему, равно 20 см., 1 = 50 рА.
Тогда имеем v = 0,15 с = 4,5 109 см/сек; Ф (v) = 104. Функ-
ция расхождения луча
104
-°-= 0,0375
при г
ТД = 0,075;
0,375; ^ = 1,05 т. е радиус
луча увеличится на 5%.
264
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
3) Пусть х, I — прежние, но V = 10 500 V; тогда v =
= 0,2с = 6 • 109 см/сек. Ф V) = 15,9 • IO3; F ( —) = 0,023 • —,
\ г / г
что дает при г=1 см так же, как и при г = 0,1 см, одну
У
и ту же величину — 1, т. е. расхождения не заметно.
г
Расхождение становится заметным лишь при малых ско-
ростях и очень больших токах.
Пусть имеем следующий пример.
4) х = 20 см V = 10500 И, / = 100mA; v = 0,2c = 6- 109
(у \ у
— = 1,06; — =1,4, т. е. изменение радиуса
г / г
луча происходит на 40%, и, наконец, при г = 0,1 получим
(у \ у
— =10,6; — =12, т. е. увеличение радиуса луча
г / г
в 12 раз. Для удобства расчетов расхождения луча, фор-
мула Ватсона
R
следующим образом.
преобразована Кноллем
Полагая / =
и скорость
вводим эти обозначения в х
По этой формуле вычислен график (рис. 174), позволя-
ющий сразу получить расхождение луча на соответствую-
щем расстоянии. Для .получения этого результата на нижней
абсциссе отложены расстояния от анода х; пересечение
ординаты в точке х с прямой, выражающей функциональную
зависимость от напряжения, дает вспомогательную- точку,
от которой проводят прямую, параллельную оси абсцисс
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
; 265
до пересечения с кривой, выражающей зависимость от тока
в луче, и восстанавливая ординату в этой точке, получают
ца верхней абсциссе отношения у/г.По этим формулам и по
графику можно видеть, что: 1) расхождение луча уменьша-
ется с увеличением скорости электронов, 2) увеличивается
Радиальное расхождение луча - R
15 10 15
50 100 150
Длина луча X 6 см
Рис. 174. Диаграмма радиального расхождения
электронов в луче
в зависимости от увеличения длины луча х и 3) увеличивается
в зависимости от силы тока в луче. Расхождение, опреде-
ляемое формулами Ватсона, совершенно неизбежно и не-
устранимо и ставит определенный предел возможности кон-
центрирования луча в точку. Однако, как можно видеть из
численных примеров, это ограничение не имеет вредных
последствий для трубок приемного дальновидения, так как
266
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
в них применяется луч не параллельный, но сходящийся, в
котором параллельными лучами могут считать части весьма
небольшой длины. Поэтому скорее следует ожидать, что
пределом ограничения фокусировки будет грубость струк-
туры флуоресцирующего экрана, на котором эта фокусиров-
ка видна, хотя в катодных передатчиках дальновидения мо-
гут быть случаи, что критерием качества фокусировки луча
будут более точные методы, чем видимая флуоресценция.
10. Понятие о коэфициенте преломления электронных лучей
Предыдущие вычисления и разбор явлений свободного
электронного потока показали, что скорость распростране-
ния электронов во многих случаях их применения сравнима
со скоростью' света, и что в абсолютной пустоте электрон-
ный луч идет по траектории прямой линии. Скорость элек-
тронов меняется, если они попадают в область, в которой
имеется электрическое поле, причем изменяется и прежнее
направление их движения. По аналогии с оптическими явле-
ниями такое изменение траектории электронов может быть
названо преломлением электронного луча. Введем теперь по-
нятие о коэфициенте преломления электронного луча.
Рис. 175. Прелом-
ление электрон-
ного луча
напряжению Е2) и
Пусть электронный луч имеет первона-
чальное направление I, составляющее
некоторый угол i, с нормалью к неко-
торой эквипотенциальной поверхности
8 (рис. 175). До границы поверхности 8
электроны луча идут со скоростью про-
порциональной Еп например, напряже-
нию того анода, из отверстия которого
они вылетали. Предположим, что после
границы 8 скорость электронов стала Е2,
пропорциональной некоторому другому
луч получил другое направление по от-
ношению к нормали L. При переходе луча из первого по-
ложения во второе, т. е. при пересечении эквипотенциаль-
ной поверхности, касательная скорость остается постоянной.
Тогда
sin У Ег — sin i2 VE2 — sin z’2
где u — приращение потенциала, отличающее область слева
от поверхности 8 от области, находящейся справа от нее.
Угол ц есть угол падения электронного луча, угол i2 — есть
угол его преломления. Применяя определения из оптики, в
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ О КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
267
которой «коэфициентом преломления» называется отноше-
ние синуса угла падения к синусу угла преломления
можем написать
sin Zj
п =---------
sin z2
sinf! Ц
sin z2 j/ Ex у ""Г" Ex
Этот вывод величины коэфициента преломления имеет чи-
сто теоретический характер. Под поверхностью S, резко раз-
деляющей области, в которых электроны сильно меняют
свой скорости, подразумевается какая-то заряженная элек-
тричеством' поверхность, ускоряющая или замедляющая
движение электрона, причем подразумевается, что эта по-
верхность сама по себе имеет поле, ограниченное на самом
близком от нее расстоянии. В действительности мы всегда
имеем непрерывное изменение поля, и в нашем случае из-
менение скорости Ех на скорость Е2 может произойти
только плавно, переходя через все промежуточные значе-
ния от Ех до Е2. В этом заключается основное и самое
главное отличие между понятиями коэфициента преломле-
ния в оптике света и в электронной оптике. В оптике света
преломление по большей части совершается при переходе
луча из одной среды с постоянным коэфициентом прелом-
ления в другую- с иным, но тоже постоянным коэфициен-
том. Только в особых оптических явлениях, происходящих
в так называемых «неоднородных средах», имеется непре-
рывное изменение коэфициента преломления, и тогда свето-
вой луч изгибается по кривой линии совершенно плавно.
Таково, например, прохождение света при явлении миража
в атмосфере, огибание светом земной поверхности в ат-
мосфере после заката солнца и много других метеоро-
логических явлений, которые были повторены искусственна
проф. Вудом в его опытах с искусственным миражем. В
электронной оптике мы имеем всегда непрерывное измене-
ние потенциала и непрерывное изменение коэфициента
преломления и никогда не имеем такого преломления, ка-
кое бывает в чистом виде в призмах или линзах.
Тогда применение формулы
ограничи-
вается только короткими промежутками в пространстве,
в котором, мы считаем, имеются резкие границы между
изменениями потенциалов. Такими резкими границами потен-
циалов в окружающем данный проводник пространстве
I
268 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
можно считать диаграммы эквипотенциальных поверхно-
стей, которые суть не что иное, как графическое представ-
ление поля. Эти графики поля будем считать за невидимые,
но реальные поверхности, имеющие определенный потен-
циал, и тогда, разбирая вопрос прохождения электронного
луча сквозь такие поверхности, можно говорить о постоян-
ном коэфициенте преломления между двумя поверхностями
Е1 Е2, В действительности же между Ех Е2 имеется еще бес-
конечно большое число поверхностей с промежуточными по-
тенциалами, и само- преломление имеет вид искривления пу-
ти электронов.
11. Скорость электронного луча после преломления
Принимая частное значение коэфициента преломления,
полученное здесь в форме п — 1 / i и имея
sin i2 у 1 Eo
диаграмму силовых линий и эквипотенциальных поверхнос-
тей поля, можно приблизительно определить путь движения
электрона (направление). При этом важно знать еще и ве-
личину скорости! и электронов после выхода из поверхности
Е, при наличии начальной скорости Ео до входа в поверх-
ность Е. Из теории потенциала вообще известно, что рабо-
та, производимая перемещением материальной точки между
двумя потенциалами V и V0J не зависит от пути, проходимо-
го этой точкой. Поэтому и скорость, которую приобретает
электрон на выходе из К-той эквипотенциальной поверхно-
сти, будет равна цк = -^-V* и эта скорость будет иметь
направление, определяемое коэфициентом преломления в виде
п = 1/ 1J_____- и углом падения Таким образом,
г 1 Ек^ 1
имея начальную скорость электрона («работу выхода») и
его начальное направление, а также диаграмму эквипотен-
циальных полей данной системы 1электродов, можно при-
близительно получить графический путь движения электро-
нов, который будет аналогичен пути светового' луча в по-
добной светопреломляющей системе.
12. Электроннооптические системы
Теперь мы можем обратиться к изучению электронно-
оптических систем, которые строятся на основании общих
свойств электронных лучей, о чем говорилось в предыдущих
параграфах. Как и в отношении света эти системы делятся
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
269
на зеркала, призмы и линзы. На практике применяются толь-
ко линзы, но мы опишем' вкратце все эти системы, чтобы
показать те причины, вследствие которых та или иная ком-
бинация не получила развития в дальнейшем. Все основные
данные по электрооптическим системам с электростатическим
полем получены германским ученым д-ром* Кноллем, кото-
рый создал начало теории электронной оптики и изобрел
ряд об’ективных фокусирующих систем для различных при-
емных трубок дальновидения.
В отличие от коэфициента преломления для света, ве-
личина которого не может быть менее единицы, в электрон-
ной оптике
п равное
— может принимать любые
о
значения в зависимости от знака и величины отношения —,
Е
причем, когда это отношение отрицательно и по абсолютной
величине больше единицы, то вместо преломления происхо-
дит отражение электронного луча. Из этого следует, что
одна и та же конструкция электродов может играть роль
различных оптических систем, в зависимости от потенциа-
лов, приложенных к этим электродам. Свойства коэфициен-
та преломления электроннооптической системы изложены
в следующей таблице Кнолля.
ТАБЛИЦА 9. КОЭФИЦИЕНТЫ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
S
„ — sinh
sin i2
о
Коэфициент
преломления п
Оптическое действие на
электронный лум
cos2 а
СОэ2 а
= СО Л2 Я
-о
П < Sin2 а
или мнимое
П — Sin2 а
sin а < П
Полное: отражение луча
Граница полного отраже-
ния
Собирательное преломле-
ние
Преломления нет
Рассеивающее преломле-
ние
О
о
о
= О
О
О
п = I
п
270
ОСНОВЫ’ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Первые электроннооптические .системы были построены
Кноллем в форме тех стекол, которым он стремился подра-
жать, и были изготовлены в виде сдвоенных тонких метал-
лических сеток, которым сообщался тот или иной потен-
Рис. 176. Электрооптическая система Кнолля
циал (Е), по отношению к потенциалу анода катодной труб-
ки Ео.
Эти системы дали возможность проверить законы
электронной оптики, но> они обладали тем недостатком, что
не представляли собой совершенно эквипотенциальной по-
верхности вследствие того, что силовые линии не были впол-
не перепендикулярны им, именно в отверстиях сетки (ис-
кривление поля около проволок), как раз там, где прохо-
дил электронный луч (рис. 176).
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
271
Отражение луча совершается, если-----1; пр и уело-
Ео
Е
вии, если—— равно cos-?., отраженный луч отражается
£о
под наименьшим углом отражения, т. е. идет параллельно
поверхности сетки (полное внутреннее отражение). В зави-
симости от фор-мы поверхности сеток получается зеркало
вогнутое, выпуклое или плоское.
Преломление луча в сеточной линзе следует закону оп-
тики, определяющему фокусное расстояние линзы по извест-
ной оптической формуле
*
I
t
Для двояковыпуклой линзы и при равенстве rlt г2 и г
эта формула
для электрон-
имеет вид
нооптическои
при которой П —
имеем
20
о
откуда
2
Eq \ 2х I
Задаваясь фокусным расстоянием
можно вычислить радиус кривизны
двум параметрам, например / и г,
/ и определенным —,
Ео
линз г или вообще по
Е
вычислить третий —
Преломление в сеточной призме. Угол преломления Е
можно вычислить по формуле наименьшего угла отклоне-
. г+5
Sin^
ния 8 из оптической формулы п— --.-—подставляя п —
е
sin
Vl-L-E и совершая тригонометрические преобразо-
вания, получим электроннооптическую зависимость
2*72' ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Е cos е — cos (s 4“ 8) Е cos (s — 8) — cos a
— —— или • — — -.
Eq-------------------------------------------------1 — cos s-Eq-1 — cos s
Эти электроннооптические системы уже не имеют {фак-
тического- значения, так как экранирование сетками элект-
ронного потока в них настолько сильно1 (65%), что исполь-
зование их совершенно* нецелесообразно. Настоящие элек-
тронные линзы составлены исключительно эквипотенциаль-
ными поверхностями внутри таких электродов (большей
частью цилиндрических), в которых электроны могут двигать-
ся совершенно беспрепятственно. В настоящий момент на-
ибольшую известность получили системы Кнолля и д-ра
Зворыкина; но прежде чем разбирать их действие, разбе-
рем устройство вакуумной катодной трубки, в которой мо-
жет быть применена электроннооптическая система вообще.
S
13. Устройство вакуумной катодной трубки.
Вакуумная катодная трубка отличается от газовой, глав-
ным образом, применением электронных или магнитных
линз для фокусировки и, конечно, наличием совершенного
вакуума без каких-либо побочных явлений ионизации.
Излучение электронов происходит с катода, в большин-
стве случаев подогревного типа. Катод находится внутри
небольшго цилиндра («цилиндр Венельта»), как это дела-
ется и в газовых трубках, но чаще всего излучающая элек-
троны часть находится в центре металлического кружка,
соединенного с катодом с целью* получения поверхности,
имеющей потенциал катода, с которой силовые линии на-
правлены перпендикулярно. Цилиндр Венельта имеет отрица-
тельный потенциал, а комбинация электронных полей цилин-
дра и анода составляет первую электронноптическую систе-
му, назначение которой концентрировать электронные лучи
в отверстие анода. Иногда цилиндр Венельта заменяется
кружком, и вместо кружка электрода анода ставится ци-
линдр; тогда электроны концентрируются на главной оси
цилиндра анода, на небольшом расстоянии от катода. Эту
первую* часть электроннооптической системы назовем, по
аналогии с проекционными фонарями, «конденсорной». Та-
ким образом цилиндр Венельта играет роль оптического
конденсатора в обычных осветительных установках.
Следующая часть катодной трубки, это комбинация
электродов, составляющая систему электронных линз, кото-
рые проектируют действительное изображение отверстия в
аноде на экран или, если такого отверстия нет, сечение элек-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ 273
тронных лучей, сведенных в точку конденсорной системой.:
Эту комбинацию назовем «объективной», опять же по оп-
тической аналогии. Объективная система может быть слож-
ной или простой, ® зависимости от числа систем преломляю-
щих эквивалентных поверхностей. IB эту систему обязатель-
но входит тот же анод,.который составляет часть конден-
сорной системы, и еще один или несколько других анодов,
находящихся под потенциалами большими, чем потенциал
первого анода. Бывают системы и с понижением потен-
циалов на нескольких электродах второй группы анодов.
Важным является прохождение электродного луча под ко-
нец его фокусировки внутри поверхностей с постоянным по-
тенциалом, так как в этих условиях электроны движутся по
прямым линиям, для чего коническая часть трубки металли-
зуется и соединяется со вторым анодом. Чаще всего эта ме-
таллизация, распространенная и на цилиндрическую часть,
и составляет второй анод.
Поведение «конденсорной» системы особенно важно для
трубок для приема дальновидения, так как за счет расфоку-
сировки этой системы получается модуляция интенсивности
луча. Если концентрация луча осуществляется1 без всяких
диафрагм, то, при уменьшении потенциала цилиндра Венель-
та происходит изменение той части сечения электронного
пучка, которая сфокусирована на экран, и при изменении
яркости происходит изменение поверхности пятна, что силь-
но портит изображение. Поэтому в системе Кнолля приме-
нены диафрагмы, и расфокусировка конденсаторной систе-
мы (модуляция) изменяет только яркость пятна, не меняя его
размеров. Такие диафрагмы, но1 с большими отверстиями,
могут быть поставлены и в других частях «об’ективной сис-
темы», с учетом хода лучей от «конденсора». Отклонение
электронного луча совершается как магнитным полем, так
и электрическим. В системах, применяемых в Германии, ра-
бота совершается электрическим полем; в трубках д-ра
Зворыкина — отклонение магнитное. Магнитное поле при-
лагается извне, и необходимо обращать внимание только на
то, чтобы это поле было равномерно, электрическое поле
действует между двумя плоско параллельными плоскостями,
которые помещаются в цилиндрической части трубки внут-
ри второго анода.
14. Катодная трубка системы Кнолля
Вакуумная трубка системы Кнолля (рис. 177) имеет кон-
денсорную систему, состоящую из цилиндра Венельта 4 и./
первого анода 6 с диафрагмой 5. Анод представляет собой
18 Основы дальновидения
Рис. 177. Катодная трубка системы Кнолля
Рис. 178. 06‘ективная система
Кнолля. Справа—с цилиндрами равного диаметра
Рис. 179. Об'ективная система Кнолля (конструктивное оформление).
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. НАСТЬ VII
цилиндр с закрытым дном, обращенным к катоду, в кото-
ром сделано отверстие. Внутри этого цилиндра расположен
с ним коаксиально второй, более короткий, на который по-
дается положительный или отрицательный потенциал по от-
ношению к первому. Эквипотенциальные поверхности такой
системы показаны на рис. 178а. При отрицательном потен-
циале на среднем цилиндре такой системы, поверхность
является собирающей, ввиду того, что преломление происхо-
дит в выпуклых эквипотенциальных поверхностях внутрен-
него кольца, при положительном1 — ту же роль играют во-
гнутые поверхности наружного кольца, так что фокусиров-
ка получается и при обоих знаках потенциалов, но, конеч-
но, при различных абсолютных значениях.
Вместо этой системы Кнолль применяет также цилинд-
рические электроды одного' диаметра, что является более
конструктивным. Поверхности этой системы показаны на
рис. 178Ь и эта система так же, как и первая, дает
фокусировку при обращенных потенциалах. Цилиндри-
ческие электроды и их поля создают электроннооптиче-
скую линзу сферического типа, симметричную относи-
тельно оси системы. В некоторых случаях необходимо
применение цилиндрической оптики, дающей изобра-
жение точки в виде линии. Такая система устраивается
очень просто; достаточно соединить пару отклоняю-
щихся систем в обычной катодной трубке, например
типа Арденне, и подать на их положительный потен-
циал, приблизительно равный 0,1 потенциала ближайше-
го электрода, например анода; тогда на экране получится
светлая линия, которая представляет собой изображение
отверстия, вытянутое линзой. Электроннооптические систе-
мы обладают теми же, как и обычные линзы, недостатками,
искажающими действительное изображение. В трубках,
предназначенных для дальновидения, подобные недочеты
приобретают важность при небольшой четкости, когда фор-
ма элемента изображения видна ясно, а также при высокой
четкости (с 20 тыс. элементов), когда паразитные явления
оказываются крупнее самого элемента. Основными недостат-
ками являются сферическая и хроматическая аберрации и
а с ти г м ати зм изображения. С ф е рич е ск а я и хроматическая
аберрации особенно заметны при значительных размерах
источников электронов, безразлично', будет то катод или
отверстие в- аноде. Электроны должны лететь из отверстия
анода с одной скоростью, но повидимому, это обстоит не
совсем так и преломление совершается естественно с раз-
личными углами, как это имеет место и при дисперсии све-
дальновидение с катодными трубками
та. Сферическая аберрация заметна при сильной кривизне
эквипотенциальных линий в устройствах, имеющих только
одну электропреломляющую систему и при сравнительно
небольших потенциалах на анодах (рис. 180). Она особенно
сказывается в конденсаторной системе и здесь против нее
Рис. 180. Искривление
изображения в электронном микроскопе
не принимают никаких мер, так как это явление отчасти
компенсируется диафрагмами в первом аноде. Что касается
объективной части, то Кнолль предложил работать слож-
ными комбинациями' линз, слабо преломляющих, как это
Рис. 181. Сложная об'ективная система Кнолля
всегда делается, и в обычных исправленных об ективах
(рис. 181). Такая система Кнолля имеет ряд кольцеобразных
электродов, расположенных в цилиндрической части, 'По-
тенциалы которых постепенно возрастают, начиная с СР^®‘
нительно небольшого, например 300 V, и более, 600, 900,
13QQ, 1500. Эта система исправлена в значительной степени
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
279
на аберрации и астигматизм. Трубки Кнолля работают всег-
да с электростатическим отклонением луча. Другая группа
трубок Кнолля имеет магнитную фоксировку, о которой
речь будет ниже.
75 Катодная трубка системы д-ра Зворыкина
Электроннооптическая система приемных тру-
бок Зворыкина (рис. 182), представлена двумя коак-
сиальными цилиндрическими анодами различных
диаметров, находящимися на небольшом расстоянии
один от другого (10—15 мм), один из которых (вто-
рой) образован металлизацией стекла в цилиндри-
ческой и конической части трубки. Первый анод
снабжен тремя диафрагмами различных диаметров
с целью ограничения угла падения электронных лу-
чей отверстием преломляющих поверхностей. Это
позволяет применить сравнительно большие отвер-
стия в диафрагмах и упростить разрядную часть
трубки, в которой находится катод подогревного
типа, закрытый цилиндром с диафрагмой, весьма близ-
Рис. 183. Общий вид кинескопа д-ра Зворыкина
ко к нему расположенной. Этот цилиндр служит для моду-
ляции яркости пятна на экране за счет изменения концент-
рации лучей. На цилиндр подан небольшой отрицательный
потенциал; так что электронные лучи концентрируются во
внутренней части цилиндра анода, между первыми диафраг-
280
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
мами. При 'модуляции, т. е. при наложении на цилиндр пе-
ременного потенциала, меняется коэфициент преломления
конденсорной части, часть потока расфокусировывается,
и через систему диафрагм первого анода проходит меньший
поток электронов, что ослабляет яркость пятна на экране.
Однако размеры этого пятна; почти не меняются, так как до
экрана доходят только те электроны, которые пройдут
сквозь систему диафрагм первого анода под определенным
углом.' Диафрагмы внутри цилиндра покрыты углем
во избежание выбивания вторичных электронов из ме-
талла, которые образуют заряд, искажающий путь электро-
нов луча. Наличие вторичных электронов, выбитых из ди-
афрагм, вызывает в электронном луче явления огибания им
отверстий, аналогичные явления дифракции света в оп-
тике. Такое неудобство в применении диафрагм не раз вы-
ставлялось как справедливый довод против применения! по-
добного устройства. Но эти недостатки устраняются, как
#же указано, соответствую щей обработкой электродов. Фо-
кусирующие напряжения на объективной системе трубки
Зворыкина 1200 и 6000 V; для получения более яркого све-
чения экрана применяются напряжения 2500 и 10 000 V.
Экран трубки имеет 23 см, что позволяет получить изобра-
жение 12 X 18 см при 240 строках разложения (75 тыс. эле-
ментов). Такие результаты являются первыми в мире и при-
надлежат только д-ру Зворыкину и его лаборатории в RCA,
l|a рис. 182 и 183 показаны электронноо1птическая система,
общий вид и схема трубки Зворыкина, которую он назвал
кинескопом.
16. Вакуумные трубки системы инж. Полевого
(завода «Светлана»)
В конце 1933 г. на заводе
«Светлана» (в Ленинграде)
была разработана ваку-
умная катодная трубка
с электроннооптической
системой инж. Полевого^
В отличие от системы
Зворыкина эта об'ектив-
пая система не имеет
Рис. 184, Вакуумная трубка системы
Полевого
диафрагм в первом аноде,
который имеет вид по-
лого цилиндра без дна,
второй же анод устроен так же, как и у Зворыкина, в- виде
металлизации баллона. Модулирующий электрод представ^
*
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
281
лен в виде кружка с отверстием, сделанным в его центре.
Эта центральная часть слегка вдавлена (на глубину 2 мм).
Катод выступает из этого отверстия, но находится на уров-
не плоскости кружка. Кружок является модулирующим элек-
тродом и служит также для концентрации, ввиду чего силь-
ная модуляция влияет на форму пятна на экране. Однако
для четкости в 10 тыс. элементов трубка завода . Светлана
дала весьма хорошие результаты; ее электродная система
представлена на рис. 184.
17. Электроннооптическая система Брюхе
Представление о преломляющих системах, как о ряде
эквипотенциальных поверхностей, позволяет применить
Рис. 185. Электроннооптическая система Брюхе
вместо цилиндров другую форму электродов, которая со-
здает такие эквипотенциальные поверхности, кривизна ко-
торых может дать благоприятные условия для соответству-
ющего изменения путей свободных лучей. Такой системой
является объективная система Брюхе (рис. 185) для проекти-
рования электронного изображения катода на экран. Она
состоит из плоских кружков с отверстиями, имеющих воз-
растающие потенциалы по отношению к катоду.. Недостат-
ком этой системы является ее малое относительное отвер-
стие, т. е. отношение диаметра преломляющей части (в ко-
торой ^^§ицртеэдиадьцце поверхности идут почти парзл<
282 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
лельно) к ее фокусному расстоянию, служащему причиной
того, что* в трубках дальновидения оно не применяется.
В заключение обзора электроннооптических систем,
применяемых к электронной оптике, следует сказать не-
сколько слов об оптических аналогиях, часто применяемых
для иллюстрации действия электронных линз. Эти анало-
гии, как показано в работе д-ра Зворыкина «Electron Optics»,
не вполне точно характеризуют системы электронной опти-
ки. Основное отличие заключается в том, что во всех элек-
тронных системах коэфициент преломления никогда не бы-
вает постоянным, тогда как в световой оптике он не имеет
постоянного значения лишь в таких системах, как оптика
глаза, преломление в атмосфере и некоторых других, при-
менение которых к оптическим приборам еще не получило
распространения. Только одна аналогия является существен-
но важной, это уподобление всякой электронной линзы, со-
стоящей из комбинации двух систем эквипотенциальных по-
верхностей, двум оптическим линзам — собирательной и рас-
сеивающей, ввиду того, что действие такой комбинации рас-
пространяется на все пространство', в котором происходит
преломление луча. Иными словами, в электронной оптике мы
всегда имеем' дело с весьма толстыми линзами переменного
коэфициента преломления. Точный математический анализ
подобного рода электронных линз явился предметом ста-
тей многих авторов, из которых упомянем работы Пихта
(Picht), Полотовского, Иогансона (lohanson). Разбор этих ра-
бот, к сожалению, выходит за пределы нашей книги.
Фокусное расстояние электростатической линзы
(Простейший вид: диафрагмы с отверстием)
Как указывалось выше, путь электронов, пересекающих
эквипотенциальные поверхности, может быть найден графи-
чески, учитывая приращения коэффициента преломления
между каждыми двумя смежными поверхностями, как это
обычно делается в оптике света при построении изображе-
ния от линз и пр. В действительности, этот коэффициент
меняется совершенно непрерывно, как это имеет место по
аналогичным законам в атмосферной оптике. Для вычисле-
/ 1 \
ния преломляющей силы подобной среды, ( = — пред-
\ / /
полагают, что изменение коэфициента преломления по
всей, длине преломляющего поля, совершается скачками на
величину Ди. Каждое такое изменение коэфициента пре-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
283
домляющей среды эквивалентно наличию на пути луча не-
которой линзы с определенный фокусом по формуле ~j~ =
= гд$ п—коэфициент преломления и р—радиус кривизны
п Р
преломляющей поверхности или в случае электронно-
оптической системы, радиус кривизны эквипотенциальной
поверхности. Вся система эквипотенциальных поверхностей
1
имеет «преломляющую силу» —, равную сумме преломляю-
1 1 хл Дл.
щего действия отдельных элементов, т. е. — — — X ----
f ”ъ Р,
где —коэффициент преломления на выходе из линзы.
Применяя это уравнение в границах действия всего поля
линзы, считая координаты по оси za и г е в которых кое-
фициенты преломления суть na net получим:
2^
1 1 Г dn 1 Г 1 dn .
— ~ — I -------= — I — ------------az
/ пь J р пь J р dz
па гь
Принимая во
имеем:
п2 sin L
внимание, что—- =-------- =—-=1/_1
sin z2 Vi у
В этом выражении V—есть потенциал эквипотенциаль-
ной поверхности по отношению к катоду, проходящей че-
рез данную точку z на главной оптической оси системы.
Для поля, в котором нет отдельных зарядов, эквипотен-
21/'
циальные поверхности имеют радиус кривизны р =--------.
Подставляя это выражение в выражение для—, полу-
чим гь f
1 1 Г V" .
-- ------- I d Z
t 4yvJ VV
При использовании этой формулы возникают затрудне-
ния при выборе пределов интеграла гь, так как единствен-
284
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
ным указанием на «конец» поля данной линзы, можно счи-
тать отсутствие кривизны эквипотенциальных поверхностей,
при которых V" = 0, что может быть определено только
приблизительно.
Перенос в область электронных явлений чисто оптиче-
ских понятий, положенный в основу вычисления фокусного
расстояния электронной линзы, будет только тогда вполне
обоснован, если электронные лучи, падающие напр. на раз-
ных расстояниях параллельной оптической оси, отклоняют-
ся пропорционально этому расстоянию.
Кроме того в этом выводе ^-введено новое понятие,
против принятых в оптике, это зависимость радиуса кривиз-
ны преломляющей поверхности от распределения потенциа-
ла по оси системы. В этом и заключается основная разница
между оптикой света и электронной, так как в световых
явлениях для достижения определенных качеств системы
можно располагать преломляющие единицы любых радиу-
сов кривизны (линз), не связывая их число какими-либо за-
висимостями. В электронной же оптике, если задано опреде-
ленное распределение потенциала по оптической оси сис-
темы, этим самым фиксируется кривизна всех преломляю-
щих эквипотенциальных поверхностей. Вычисление фокус-
ного расстояния или преломляющей силы, создаваемой
группировкой эквипотенциальных поверхностей, в общем
случае представляет собой неразрешимую задачу и может
быть определено только в некоторых частных примерах.
Однако, приблизительный анализ пути электронов, при по-
мощи графического построения, остается всегда возмож-
ным, при условии снятия эквипотенциальных поверхностей
поля электродов электроннооптической системы.
78. Концентрация электронных лучей магнитным полем
В основании концентрации электронных лучей магнит-
ным полем лежит динамическое взаимодействие между то-
ком и магнитным полем. Электрон, летящий со скоростью
и, эквивалент току i равному ей и подвергается действию
магнитного поля Н с силой, определяемой по закону
Био и Савара, которая в каждый данный момент на-
пр ав лен а п е рпе н дикуляр но н ап р ав лению д ви жен и я эле к -
трона и направлению поля Н. Эта сила К, равная
тт • irri№
eu. n sm уравновешивается центробежной силой К~, -------
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
гд€ р—радиус кривизны мгновенной траектории электрона,
a Vi равно и sin 9 —нормальная скорость. Тогда имеем,
„ mv^
что ей Н sin <р =----,
Р
ти .
откуда Р = — ~ ; - = sin <р
ей И sin ср еп
Время, в течение которого электрон совершает один обо-
х 2 то 2~ т
рот спирали, будет получено из т = —
и за это
еН
V,
время в продольном направлении электрон удалится на рас-
стояние до экрана /, равное l==v2^ =
2пт
V2=------и COS Ф.
еН 1 еН т
Искривление траектории, пси которой движется электрон
в магнитном коаксиальном поле, не изменяет ни его основ-
ной скорости 2/ —
V, ни его кинетической энергии.
Электроны движутся по винтовым линиям, причем время, в
течение которого они достигают некоторой точки на рас-
стоянии 7, не зависит от угла, под которым электроны вы-
летают из такой же точки катода, если эти углы ср настоль-
ко малы, что можно допустить, что cos ср равен единице.
Следовательно электроны, вылетавшие под малыми углами
к направлению’ поля, попадают в общую точку, описав1 кри-
вую' одного полного' витка винтовой спирали (рис. 186), диа-
метр которого и «высота шага» обратно пропорциональны
первой степени Н. Таким образом, помещая трубку Брау-
на в катушку, мы имеем! возможность изменять фокусировку
пятна, изменяя силу магнитного поля Н. Эта формула верна
лишь для магнитного поля, равномерно распределенного на
всем пути электрона. Буш показал, что фокусировка получа-
ется и короткой катушкой, поле которой электрон пролетает
лишь в незначительный промежуток времени, при этом его
траектория внутри катушки есть часть витка спирали; выле-
тев из катушки, электрон идет по прямой линии и может
выйти под таким углом, что попадет на главную ось трубки.
Из чертежа (рис. 186) ясно, что для этого должно со-
блюдаться условие, что а 4-^ = 7* При небольших углах
Г • г
можно положить a = sina = —; j3 = sinp=-°; для угла у
а b
286
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VH
1
Рис. 186. /Магнитная фокусировка
Г о t
напишем, что у = где/—величина, зависящая от ин-
тенсивности магнитного поля. Тогда получается формула
или, что то же,
Это представляет собой оптическую линзовую- формулу, оп-
ределяющую расстояние от линзы до изображения а, в за-
висимости расстояния линзы от источника света в и фокус-
ного расстояния линзы /. Для катушки, концентрирующей
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ О КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ 287
/ 2mv \2
\ е j
электроны, / вычисляется по формуле ! = ~^^------
J И2 (z) dz
Здесь v—скорость электронов, elm— удельный заряд
электрона (1,761 • 107 Е. М. Е.), H\z)— функция магнит-
ного поля по оси симметрии! катушки {по оси луча), интег-
рал которой не всегда можно вычислять*. Для практических
результатов пригодна формула Кнолля, по которой катуш-
ка рассчитывается прямо* на ампер-витки
ди/ ncn-i/ Vd осп ч / Vd(a-[~b)
Д1У=г2501/ —7— или 250-1/ ------------,
Vi V вь
где /--желаемое фокусное расстояние, V — скорость элек-
тронов в киловольтах, d —средний диаметр катушки. Для
скоростей в несколько тысяч вольт катушка должна иметь
около 1 000 AW.
Такие концентрационные катушки, по справедливости
называемые «магнитными линзами», дают обратное изо-
бражение катода на флуоресцирующем экране. Но это изо-
бражение перевернуто не вполне на 180°, как в оптике, а на
угол несколько меньший, который тем более отличается о?
угла в 180°, чем длиннее по оси z фокусирующая катушка
Для увеличения плотности поля Н катушки надеваются на
железные трубки, а иногда закрываются и с остальных сто-
рон, что служит экранированием луча от электрического по-
ля, могущего исказить результаты.
Инж. С. И. Катаев предложил весьма целесообразное
улучшение магнитных линз; он заменил катушки с постоян-
ным током стальными намагниченными кольцами. В системе
Катаева магнитная фокусировка осуществляется комбина-
цией нескольких таких колец, надетых одно на другое или
раздвинутых на некоторое расстояние по цилиндрической
• Более удобное выражение для представляется в следующем
виде:
00 со
Здесь V — скорость электронов в вольтах, Е (z)— напряженность магнит-
ного поля (в гауссах) на расстоянии z от катода до рассматриваемой
точки по оптической оси линзы (в см). Тогда / выражается в см.
288
ООНОВЬ! ДАЛЬНОВИДЕНИЯ ЧАСТЬ VII
части трубки. К магнитным линзам применима оптическая
формула, позволяющая вычислить фокусное расстояние
комбинации линз, например двух, имеющих свои фокусные
расстояния fj и /2
fi /2
/1 + /2 ”
d — расстояние между линзами. Поэтому, имея две линзы
Катаева или две катушки, можно всегда собрать электрон-
ный луч в острую точку. Предельные размеры точки опре-
деляются скоростью и количеством электронов в луче (по
формуле Ватсона), как и при электростатической фокуси-
ровке, но зависят также и от размеров катода. Нормальные
размеры пятна на экране определяются обычными оптиче-
скими формулами для размеров действительного изображе-
жения. Эта формула пригодна и для магнитных линз, так
что линейное увеличение М изображения катода будет
где Ll — расстояние между катодом и экраном.
19. Особенности трубок с магнитной фокусировкой
Трубки с магнитной фокусировкой обладают тем не-
достатком, что их «об’ективная» система в большинстве слу-
чаев очень длинна, и вся трубка имеет весьма сильно вытя-
нутую- цилиндрическую' часть, вследствие чего весь габарит
трубки становится очень длинным.
Ввиду того, что магнитные линзы не могут дать умень-
шенного изображения отверстия анода, если только не
увеличивать чрезмерно расстояния между линзой и анодом,
то размеры пятна на экране получаются недостаточно ма-
лыми для работы на очень большой четкости. Кроме того
сильный луч трудно пропустить сквозь очень малую диаф-
рагму в аноде вследствие того, что этот луч не должен силь-
но расходиться, иначе до магнитной линзы достигнет лишь
часть потока электронов, что также невьигодно. Поставить
же линзу ближе нельзя, так как получаются сильно увели-
ченные изображения отверстия.
К достоинствам магнитных линз следует отнести прос-
тоту фокусировки (особенно, в системе С. И. Катаева) и
электростатический способ отклонения луча. Это последнее
свойство оказывается весьма ценным, так как электроста-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
289
гическое ноле может быть получено в широких пределах
частот и любых функциональных зависимостей, тогда как
магнитное отклонение, связанное с катушками и усилителя-
ми, всегда имеет искажения, которые могут быть устранены
Рис. 187. Трубка инж. Катаева
только в ограниченных пределах Трубки Катаева изобра-
жены на рис. 187.
20. Концентрация лучей большой мощности
Для концентрации лучей большой мощности Кноллем
патентована комбинация электростатической и магнитной
фокусировки. Катод в этой системе имеет большую1 поверх-
ность 3—4 мм диаметром; и испускает большое число элек-
тронов. Далее этот поток. постепенно расширяется при по-
мощи электростатических линз, представленных кольцами
одного диаметра, имеющих возрастающие потенциалы (от
+ 200 до 1200 V, шесть-сем< колец). Из последнего кольца
электронные лучи выходят почти параллельно, без сущест-
венного взаимного отталкивания, так как удельная плос-
кость тока на столь большой поверхности не веника. Этот
параллельный пучок концентрируется магнитной линзой, ко-
торая дает концентрацию уже в зависимости только от фор-
мулы Ватсона. Модуляция этого потока совершается у ка-
тода сеткой так же, как в обычных катодных лампах, и на
фокусировку не влияет (рис. 188).
19 Основы дальновидения
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
291
27. Разложение изображения в катодном дальновидении
Выше были рассмотрены способы отклонения электрон-
ного луча при помощи магнитного и электрического полей,
а также и способ изменения яркости флуоресцирующего
пятна. Остается рассмотреть технику разложения (синтез)
изображения и синхронизацию движения электронного луча.
Движение светящегося пятна по экрану трубки должно
совершаться в точности по тем же кривым,. по которым в
увеличенном масштабе световой луч- обегаёт предмет на
передатчике. Этр движение прерывисто, так как оно про-
должается только по одной линии в пределах границы кад-
ра и совершенно равномерно
в пределах одной строки4 Луч
света, обегающей передавае-
мый предмет в механическом
передатчике, исчезает в кон-
це строки и снова появляется,
спустя весьма короткий про-
межуток времени, в начале Рис. 189. Диаграмма отклонения
следующей строки. Смещение строк (по Худеку)
строк совершается толчками с
остановкой этого смещения на время развертки строки. По-
ложив в основу эти требования к движению луча в катод-
ной трубке, например, с электростатическим отклонением,
мы получаем следующее решение вопроса развертки. Потен-
циал, отклоняющий луч, должен возрастать совершенно рав-
номерно в пределах времени f, в течение которого соверша-
ется движение луча на передатчике или на отверстиях дис-
ка Нипкова между краями рамки кадра; затем луч должен
исчезать, и одновременно потенциалы отклоняющих плас-
тин должны принять значение, при котором следующий луч
начнет свое движение с начала второй строчки (рис. 139).
Для получения этого результата за время отсечки луча на
передатчике 1) катодный луч на приеме должен быть заперт
и 2) потенциал отклоняющих пластин в направлении смеще-
ния строк должен возрасти на 1/z своего максимального зна-
чения. Все эти движения могут быть осуществлены при по-
мощи наложения на отклоняющие пластины напряжений,
форма которых во времени может быть представлена пря-
моу г о ль н ы ми треу г о ль ни к ам и. Ч ас т о ты такого пуль с и ру ю -
Щего. напряжения должны относиться одна к другой, т. е.
частота строк к частоте кадров = z числу строк или от-
верстий в диске передатчика. Ввиду того, что потенциал
19*
292
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
пластин, отклоняющих строчки, возрастает на приеме не-
прерывно (в механическом передатчике строчки, совершен-
но параллельные одна другой, меняются толчками), некото-
рая неточность в воспроизведении на приеме ’совершенно
не заметна и не исправляется каким-либо специальным спо-
собом. Размеры строк и самого кадра в катодных приемни-
ках до последнего времени ничем не регулируются, кроме
Рис. 190. Диаграмма потенциалов отклонения луча по строчкам
как подгонкой изображения «на-глаз» или же закрытием
экрана пластинкой с отверстием, в которое подгоняются
размеры самого изображения. Этот недостаток определен-
ности в зависимости сторон изображения является причиной
больших искажений, и потому весьма желательно иметь
контроль более точный, осуществить который, однако, до-
вольно трудно.
22. Генерирование пилообразных импульсов
Все современные приемники катодного дальновидения
имеют схему генерирования пилообразных импульсов, ос-
нованную на принципе заряда конденсатора постоянным то-
ком и быстрого разряда его при помощи тиратрона, неоно-
вой лампы или просто катодной лампы несколько более
мощного типа. Схемы генерирования таких колебаний, по-
лучивших название «релаксационных», отличаются только
разрядным приспособлением, но для дальновидения пригод-
ны только те, в которых соблюдаются следующие условия*.
1) заряд конденсатора совершается совершенно линейно во
времени и 2) время полного разряда конденсатора меньше
или равно времени отсечки на передатчике. Считая, что на
передатчике нет смысла терять в площади кадра, на время
отсечки отводится не более 5—10% времени целой строки.
Поэтому, если время развертки строчки есть то время
разряда конденсатора должно равняться f2=0,05— 0,1 G-
Разряд и его функциональная зависимость от времени опре-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
293
деляются разрядной характеристикой того- или другого ва-
куумного прибора. Неоновые лампы имеют падающую, зави-
сящую от устройства электродов, характеристику, в общем
виде показанную на рис. 191. При достижении разности по-
тенциалов определенного значения, «потенциала зажигания».
Рис. 191. Характеристика неоновой лампы
лампа вспыхивает; через нее идет быстро возрастающий
ток, но при этом на лампе уменьшается падение напряже-
ния. Как только «достигается напряжение погасания»,—
лампа гаснет. В пределах «напряжения зажигания» и «на-
пряжения погасания» могут происходить пульсации потен-
циала между электродами лампы, которыми пользуются длл
отклонения электронного луча в катодной трубке. Сущест-
вует несколько способов включения неоновых ламп для по-
Рис. 192. Схема ре-
лаксационного ге-
нератора Хитторфа
лучения генерирования.
Схема Хитторфа (Hittorf)* (рис. 192)
Источник постоянного напряжения Е за-
ряжает конденсатор С через сопротив-
ление R. Параллельно конденсатору С
присоединена неоновая лампа G,^сопро-
тивление которой во время разряда имеет
среднюю величину R-, Время заряда дп-
определяется из следующего уравнения:
* .Л',-'-.'~'Z'
Л I р
Е— V, „ dV, „„ dVe *
ток заряда i =---—^- = С—dt = RC——---
R at £— V e
Vc— потенциал конденсатора.
* Аналогичная схема носит название в английской литературе „схемы
Киппйнг".
264
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Интегрируя эти уравнения в пределах напряжения Е3 и
У„ (У3—напряжение зажигания и V„ — напряжение пога-
сания), получим
£•__у
время заряда tx~ CRlgn---- .
Е F з
Отсюда видим, что заряд конденсатора растет не ли-
нейно, а логарифмически, и что время заряда уменьшается
при увеличении напряжения Е, или при уменьшении пара-
метров схемы R и С.
Время разряда найдем из следующего уравнения: ток
разряда
откуда время разряда
1g,.
ER'—V3 (R + A')
£R'-F„ (/? + /?')’
где А' есть среднее сопротивление неоновой лампы во
время ее горения, которое берется из ее характеристики.
Если R^>R!, что почти всегда бывает на практике, то
время разряда
/2 весьма близко к величине /2 = CR'lgn
Полное время, которое должно быть равно времени про-
хождения отверстия диска Нипкова на передатчике Т в пре-
делах изображения будет равно сумме и t2
Т = ti + <2 = CR lg,4—^-|- CR-Ign = -L-,
E - F8 Vn N-z
где N—число кадров и z—число строк.
Мы видим, что в этой схеме не
вполне соблюдается важнейшее тре-
бование, пред'являемое к схеме •раз-
вертки,— линейность заряда во вре-
мени. Ввиду этого применяется дру-
гая схема, которая свободна от ука-
рис. Схема релакса- за ного недостатка.
ционного генератора Схема Геффекена (Н. Geffecxen)
** н (рис. 193), отличается от предыду-
щей только тем, что сопротивление R заменено в ней
нутренним сопротивлением кенотрона, которое при по-
моши регулировки накала нити может принимать различные
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
295
значения. При этом выбирается такое его значение, при ко-
тором кенотрон находится на насыщении, и ток заряда ос-
тается постоянным. Тогда время разряда выразится следу-
ющей простой формулой: время заряда - С,
h
где i3—ток насыщения кенотрона. Более точно будет необ-
ходимо учесть ток /0, который идет через лймпу до ее за-
жигания и емкость лампы и присоединенных к ней прово-
дов Со; тогда получим:
, , (С + Со) V3 — Vn)
время заряда (точное) — tr— ——5—-—1.
*з — i0
Время разряда остается тем же, что и раньше, т. е.
у
tz = CRflg—Эти схемы являются основными, приме-
ря
няющимися для разверток в катодном дальновидении. Ви-
доизменения их заключаются только в замене неоновых
ламп тиратроном или катодной лампой и принудительной
синхронизацией системы приходящими колебаниями, что,
конечно, меняет дело в корне. При замене неоновой лампы
тиратроном время разряда конденсатора определяется по
потенциалам зажигания и погасания титратрона, которые
можно регулировать в широких пределах, изменяя постоян-
ный потенциал сетки. При этом меняется и полный период
колебания? = ^+£2, так как изменяются сразу оба потенци-
ала У3 и Vn и изменяется амплитуда колебания. Примене-
ние в качестве разрядного приспособления простой катод-
ной лампы, связанное всегда с довольно значительным вре-
менем разряда, возможно в дальновидении лишь с прину-
дительной синхронизацией. Схема Тернера, так называемая
«каллиротрон», иногда применявшаяся в катодных осцил-
лографах, в катодном дальновидении оказалась неудобной,
так как время разряда в них слишком велико (больше 25%).
*
23. Синхронизация релаксационных колебаний
- Выше была разобрана схема свободных релаксацион-
ных колебаний, частота которых зависит только от парамет-
ров схемы и устройства разоядника. Если ввести в цепь раз-
ряда конденсатора дополнительную переменную э. д. с., без-
различно каким способом, то колебания схемы меняют свою
частоту и увлекаются приходящими колебаниями, 'принимая
период кратный частоте приходящих колебаний Хрис. 1941
296
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Такие колебания называются «вынужденными» и отличают-
ся от колебаний свободных тем, что между частотой коле-
баний F и синхронизирующих колебаний t соблюдается со-
отношение ~ =п — целому числу. Иначе говоря, период
Рис. 194. Схема синхронизации релаксационных колебаний
часть периода свободных синхронизируемых колебаний, и
синхронизирующих колебаний должен составлять целую
Рис. 195. Синхронизация релаксационных колебаний
Л
тогда синхронизм будет стабилен. Эту зависимость можно
также написать иначе. шТ — и • 2л, где «> = 2я, f — угловая
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ 297
частота синхронизирующих колебаний, Т — полный период
релаксационного колебания,, равный + tv
Если это условие не соблюдается, то между фазными
положениями синхронизирующего колебания и началом за-
ряда конденсатора будет иметь место зависимость<рл+1=<р„
сот—п 2к, т. е. фаза непрерывно будет меняться, и синхри
к тиратрону
—кадров
Рис. 196. Схемы разделения сигналов на приёме
низм колебаний нарушается. В релаксационных схемах, при-
меняемых в дальновидении, имеет большое значение точ-
ное соблюдение этих условий синхронизации, так как ста-
бильность изображения может быть обеспечена только при
непрерывном и правильном возбуждении генераторов при-
емного устройства приходящими сигналами. Kav при син-
298
ОСНОВЬ‘1 ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
хронизации механических телевизоров, так и в катодных
устройствах, для подачи и получения! синхронных сигналов
может быть отведено только короткое время отсечки кадра.
За этот промежуток времени передатчик подает специаль-
ный сигнал, который вполне достаточен для выработки им-
пульса синхронизирующего колебания, если только- не-
посредственно за. этим импульсом не последуют сигналы са-
мого изображения, которые нарушают начавшееся коле-
бание. Ввиду этого необходимо’ разделить сигналы синхро-
низации от сигналов изображения и только после этого раз-
деления подавать синхронизирующие импульсы на сетку
тиратрона релаксационного генератора (рис. 196). Такое
разделение легко произвести (если синхронизирующие им-
пульсы сильнее сигналов изображения), подавая общий ком-
плекс сигналов на сетку усилительной лампы («разделитель-
ной») при достаточно большом отрицательном смещении
(рис. 196 и 197). Передача синхронизирующего импульса
осуществляется через конденсатор или, как в системе Мар-
кони, через неоновую лампу.
Частоты релаксационных схем развертки строк и кад-
ров «имеют между собой кратность, равную- числу строк z.
Поэтому можно было бы ограничиться принудительной син-
хронизацией одной частоты строк, от которой уже на месте
приема синхронизировать частоту кадров. Но, к сожалению,
этот простой прием осуществим только в дальновидении на
30 строк, так как релаксационные схемы неустойчиво син-
хронизируются на больших соотношениях — 48, 60 и пр.,
поэтому и частоту кадров надо синхронизировать отдельно,
выделяя частоту 124 или 25 периодов из общего комплекса
сигналов так же, как и частоту строк разделительной лам-
пой. Для удобства разделения частот кадров и строк долж-
ны быть приняты меры на передатчике. Если передатчик
катодный, то для подачи синхронных сигналов служат им-
пульсы обратных ходов разложения изображения, что бу-
дет обленено подробнее ниже. Механический передатчик
снабжается специальными отверстиями на диске и фотоэлек-
трическим устройством, от которого подаются сильные сиг-
налы в общий канад радиолинии, как об этом уже упоми-
налось в главе о механических передатчиках дальновиде-
ния.
24. Практические схемы разложения изображения
Схема германского почт. вед. (Dr Е. Hudec). Для приема
катодного дальновидения д-р Е. Худек применяет релакса-
ционные генераторы с кенотроном и неоновыми лампами.
Рис. 197- Схема^разделения сигналов на приеме
300
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
На рис. 198 изображена лампа, включенная в качестве за-
рядного сопротивления для конденсатора Съ параллельно
которому присоединена неоновая лампа Синхронизирую-
щие импульсы подаются на сетку специальной лампы R2, ко-
торая имеет смещение Е'. В конце каждой строчки импульс
передатчика вызывает резкое повышение тока лампы R2,
которая должна пропускать ток раз в 50 больший, чем ток
заряда конденсатора Cv Лампа gi зажигается, и конденсатор
разряжается. Одновременно' t каждым импульсом синхро-
низации строк происходит заряд конденсатора С2— толчка-
Рис. 198. Схема развертки Худека
ми вследствие того, что каждый синхронный сигнал строки
изменяет потенциал сетки лампы 7?3, напряжение, возрастая
на нем ступенями, перемещает строчки. В конце кадра бо-
лее долгий и продолжительный имПульс от передатчика со-
здает более сильный ток в RS) зажигается лампа к2, и изо-
бражение возобновляется с первой строки. Схема Худека
предназначена для работы электрическим отклонением ка-
тодного луча, и отклоняющие напряжения снимаются с кон-
денсаторов Cj и С2. Прием изображений производился, глав-
ным образом, с кинофильма с четкостью до 90 строк.
Схема д-ра Зворыкина. Д-р Зворыкин в своих прибо-
рах дальновидения высокой четкости применяет более слож-
ную схему с синхронизацией сигналами от передачи отдель-
ного динатронного генератора. В его схеме нет генератора
свободных релаксационных колебаний пилообразного
типа. Заряд конденсатора С совершается от источника по-
стоянного тока напряжением в 1000 V через простое сопро-
тивление. Однако, ввиду того, что зарядное напряжение
очень велико, нелинейность зарядной кривой н^начитель-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
301
на, а замена кенотрона простым сопротивлением упрощает
схему. Параллельно конденсатору присоединена лампа по-
вышенной мощности, с большим отрицательным смещением,
так что во время заряда сопротивление ее очень велико. На
сетку этой лампы подается резкий и кратковременный им-
пульс от динатронного генератора, который синхронизи-
руется приходящими сигналами от передатчика. При нали-
чии большего положительного импульса от динатрона на
сетке разрядной лампы конденсатор быстро разряжается.
Напряжение, развивающееся на конденсаторе, подано через
делитель напряжения на сетку мощной усилительной лампы,
которая питает через большой конденсатор катушки маг-
нитного отклонения; луча. Обе схемы для развертки стро-
чек и кадров одинаковы и отличаются лишь параметрами
схемы и усилением тока. Вместо разрядной лампы
инж. А. А. Расплетин предложил применять тиратрон, что-
бы сократить время «обратного хода», что действительно
и получилось. «Обратный ход» (разряд конденсатора) в схе-
ме Зворыкина достигает 12—15%, в нашей схеме он снижен
до 10% (рис. 199).
Схема ЦРЛ (рис. 200). Ва наших работах мы применяем
кроме измененной схемы Зворыкина специальную схему, со-
стоящую из тиратронного генератора свободных колебаний,
синхронизированного на сетку приходящими импульсами.
Тиратрон Т с газовым наполнением (неон) работает в каче-
стве разрядника конденсатора С, заряд которого совершает-
ся через сопротивление от постоянного напряжения в
1000 V. Для дальновидения повышенного качества приме-
няется вместо сопротивления кенотрон, на точке насыщения
(лампа Р-5). На сетку тиратрона действуют синхронизи-
рующие импульсы от разделительной лампы, которая рабо-
тает от входных сигналов по схеме сеточного детектиро-
вания. Разделительная лампа только одна, и она детекти-
рует все сигналы изображения и синхронизации, вызывая
суммарное спадение тока анода. Сигналы синхронизации от
передающего устройства представляют собой импульсы от-
рицательного знака, т. е. просто краткие перерывы излуче-
ния в комплексе сигналов. Поэтому на сетки тиратронов в
момент синхронизации подаются короткие положитель-
ные импульсы, которые вызывают их зажигание и разряд
конденсатора. После детектирования сигналы синхрониза-
ции разделяются на сигналы кадров и строк переходными
комбинациями конденсаторов с анода разделительной лам-
пы на сетки тиратронов. Для сигналов кадров переход с
анода совершается через большую дроссельную катушку и
Перенапряженный патоднЫи
генератор но частоту 6000н? Разряди помпа
Рис. 199. Схема развертки д-ра Зворыкина
Перенапряж. катодМ
генератор на ZStii
Рис. 200. Схема развертки ЦРЛ (центральной радиолабораторни
в Ленинграде)
304
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
конденсатор на небольшое сопротивление в цепи сетки со-
ответствующего тиратрона. Для синхронизации по строчкам
сигналы подаются с анода той же лампы через меньший кон-
денсатор, также на некоторое сопротивление в цепи сетки
тиратрона строчек. Сигналы с линии, которые поданы через
детектирующую' комбинацию на сетку разделительной лам-
пы, кроме того действуют непосредственно на цилиндр Be-
нельта катодной трубки. Так как сигналы изображения име-
ют вид переменных импульсов, изменяющих потенциал на
модулирующем электроде трубки, на который подано от-
рицательное смещение, то модуляция яркости совершается
на повышении яркости. Перерыв модуляции, происходящий
в момент синхронизирующих импульсов строк и кадров,
уничтожает катодный луч вообще, Это' как раз и требуется
для уничтожения обратного хода луча, после движения его
по строчкам и обратного хода развертки кадра, который
обычно виден, как пересекающая изображение диагональ-
ная линия. Этот способ уничтожения обратного хода при-
менен и в приемном устройстве д-ра Зворыкина. Работы
германских лабораторий с трубками без газа еще не опуб-
ликованы с достаточной полнотой.
25, Условия катодного приема дальновидения
Основным и обязательным’ условием катодного приема
без каких-либо искажений является наличие в приходящих
сигналах изображения четких синхронизирующх импульсов
по строчкам и кадрам. Эти сигналы должны передаваться от
передатчика любой системы и должны быть представлены
импульсами обратной фазы по отношению к сигналам само-
го изображения. В механическом дальновидении необходимо
наличие синхронизирующих импульсов просто более силь-
ных, чем сигналы изображения, и знак их не имеет значе-
ния. В катодном приеме знак сигналов синхронизации обя-
зательно должен быть отрицательный, так как только в этом
случае полный комплекс сигналов выполнит все свои назна-
чения: 1) модуляцию луча с повышением переменной ярко-
сти (сигналы изображения), 2) уничтожение обратного хо-
да (сигнал синхронизации отрицательного знака) и 3) син-
хронизацию релаксационного генератора.
Если синхронизирующие импульсы имеют тот же знак,
что и сигналы изображения, то синхронизация релаксаци-
онных генераторов может быть беспрепятственно осуществ-
лена. при выделении этих импульсов простой разделитель-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
305
ной лампой с анодным детектированием и большим смеще-
нием на сетке; но тогда для уничтожения обратного хода
придется ставить отдельную усилительную лампу, которая
переворачивала бы фазу этих сигналов, и уже после этого
подавать их на цилиндр Венельта катодной трубки.
Второе важное требование, соблюдение которого' дает
возможность получить правильное изображение, это неиска-
женное усиление колебаний пилообразных импульсов при
применении магнитной развертки. При электростатической
луча обычно используется непо-
развертке для отклонения
средственно та разность
потенциалов, которая раз-
вивается на обкладках
конденсатора релаксаци-
онной схемы, что упро-
щает работу трубки. Вви-
ду того, что наиболее
конструктивно разрабо-
танными пока являются
«кинескопы» с магнитной
разверткой, для работы
магнитного поля и для
получения правильного
изменения магнитного по-
ля необходима такая си-
стема включения кату-
шек в последнем каскаде
усиления, при которых
эти изменения соверша-
Рис. 201. Диференииальная схема
включения отклоняющих катушек
лись бы без искажений. Наилучшие результаты, по нашим
опытам, дает диференциальная схема включения, которая
представлена на рис. 201; она понятна без дополнительных
пояснений. Эта схема позволяет создать постоянное магнит-
ное поле в катушке, при помощи которого можно переме-
щать изображение по экрану трубки, что весьма важно для
линейности разверток.
Третье условие хорошего качества изображения — это
правильные размеры соотношения сторон кадра изображе-
ния. В этом направлении никаких автоматических приспо-
соблений и схем, которые регулировали бы размеры кадра,
не предложено. В то же время несоответствие отношений
BIH на приеме и передаче вызывает такие искажения, кото-
рые, не бросаясь резко в глаза, придают изображению не-
естественный характер. В наших работах мы пользовались
20 Основы дальновидения
306
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
подгонкой размеров изображения под шаблон прямоуголь-
ной диафрагмы, которую прикладывали к поверхности экра-
на. Изображение на экране катодной трубки будет свободно
Рис. 202. Система катодного
приема .способа Y*“
от искажении геометриче-
ского характера, если соб-
людаются указанные сооб-
ражения, зависящие от спо-
соба развертки; при этом
остаются в силе и те тре-
бования, которые пред'яв-
ляются к приемникам ме-
ханического дальновидения,
т. е. линейная зависимость
яркости элемента экрана от
сигнала изображения и пол-
ная неизменяемость разме-
ров пятна при модуляции.
При большом числе строк,
когда размер пятна не пре-
вышает 0,5 мм, форма пят-
на не имеет существенного
значения. Но при 30, 48 и
60 строках необходимо в
сущности проектировать на
экран совершенно четкое
изображение пятна той же
формы, что и на передат-
чике, особенно, если этот
передатчик механического
типа. Ввиду того, что даль-
новидение с катодными
трубками предназначается,
в основном, для большого
числа строк, это требование
в современных трубках не
выполняется, в результате
чего получаемые на них при
о: небольшом числе строк
изображения не лучше, а
иногда и хуже тех, что
видны на диске Нипкова,
конечно, в режиме совер-
тленно правильного вращения механизма и при хорошей пло-
скоэлектродной неоновой лампе, служащей источником мо-
дулированного света.
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
307
Чтобы устранить этот недочет в изображениях не-
небольшой четкости, для заполнения1 темных промежутков
между линиями растра, автором данной книги предложен
новый способ работы, заключающийся в том, что на сетку
усилительной лампы, управляющей разверткой по кадрам,
накладывается высокочастотное колебание небольшой ам-
плитуды, которое создает быстрое перемещение пятна пер-
пендикулярно строчке. Каждая строка представляется тогда
в виде узкой ровной полоски, и форма одного элемента по-
лучается строго квадратной. Модуляция осуществляется
обычным путем, но иногда целесообразно' накладывать мо-
дуляцию и на амплитуду дополнительного колебания высо-
кой частоты.
На рис. 202 показана принципиальная схема наложения
дополнительного колебания, отклоняющего луч периодиче-
ски перпендикулярно строчке. Это дополнительное колеба-
ние должно быть также не синусоидального характера, что-
бы каждая строка была представлена рядом близко распо-
ложенных черточек одинаковой яркости. Вместо обычной
пилообразной осциллограммы отклонения строки, мы бу-
дем иметь, в данном случае, ряд мелких зубчиков по всей
длине наклонной линии диаграммы (рис. 203), число которых
Рис. 203. Принцип модуляции по .способу Y”
должно быть, не менее чем в 5 или 6 раз больше, чем число
элементов изображения на строке. Ввиду этого подобный
прием может быть применен, главным образом, в дальнови-
дении малой четкости и удобен для катодных трубок с боль-
шим экраном. Этот способ приема дальновидения называет-
ся «Способ VS.
Все описанные в предыдущих главах части приемного
устройства катодного дальневидения конструктивно оформ-
ляются в одном корпусе, причем обращается особое внима-
ние на экранирование отдельных элементов схемы, так как
их взаимовлияние создает ряд искажений изображения, за-
метные в неправильной форме растра или в неправильной
модуляции экрана. Наиболее часто встречающиеся искаже-
20*
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Рис. 204. Внутренний
вид катодного приемника д-ра
Зворыкина
ния, это: 1) взаимовлияние генераторных систем, откло
няющих луч по строчкам и кадрам и 2) неправильный рас-
чет катушек, создающих магнитное поле. В первом случае,
разряд тиратрона схемы отклонения строк возбуждает за-
тухающие колебания в катушке кадров, и можно заметить
вначале каждой строчки синусоидальное искривление ее,
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
309
растянутое и ослабевающее к середине, иногда довольно
значительной начальной амплитуды. Второе искажение вы-
является в неравномерности отклонения в начале и в конце
каждой строки, что легко обнаруживается при приеме
Рис. 206. Катодный
приемник ЦРЛ
Рис. 205. Внешний вид приемника
д-ра Зворыкина
стандартных изображений (надписей, шахматная доска раз-
личных клеток). То* же искажение в развертке по кадрам
может быть замечено на самом растре, так как при этом
получаются неодинаковые расстояния между строчками.
Вполне законченную форму катодный приемник дально-
видения принял в 1933 г. в лаборатории д-ра Зворыкина. На
рис. 204 представлено его внутреннее устройство, а на рис.
205 — общий вид. Расположение кинескопа вертикальное.
Как сам кинескоп, так и все части схемы, весьма солидно
310
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
экранированы металлическими кожухами. Наблюдение изоб-
ражения производится в плоском зеркале, помещенном на
внутренней стороне крышки прибора.
Приемное устройство ЦРЛ обр. 1934 г. показано на рис.
206. Здесь мы имеем горизонтальное изображение трубки
и наблюдения изображения непосредственно на флуоресци-
рующем экране. Принципиальные особенности схемы бы-
ли указаны выше. Оба прибора имеют питание полностью
от сети переменного тока 110 v и 50 пер. На рис. 207 показан
образец приема на прибор д-ра Зворыкина, переданный с
высококачественного передатчика с иконоскопом на 240
строк, и фотография с изображения, полученного на при-
боре ЦРЛ от' (механического передатчика с бегающим лу-
чем на 90 строк, передающая четкость которого была не-
сравненно ниже.
26. Передающие устройства катодного дальновидения
г
Легкость, с которой катодная трубка может дать изо-
бражения большого числа строк и гибкость схем в отноше-
нии изменения параметров изображения, естественно при-
вела к мысли о необходимости разработки катодного пере-
датчика, свободного от каких-либо быстровращающихся ме-
ханизмов. Но это оказалось очень трудным делом. Прием-
ная трубка уже имела прототип в виде катодного осцилло-
графа, разработка же передающей трубки должна была на-
чаться с изобретения новых приборов на новых принци-
пах. Здесь пригодились старые проекты Сенлека (Senleque)
и Кэри '(Carey) с мозаичными панелями фотоэлементов,
на которые отбрасывается изображение передаваемого об’-
екта. Панели эти снабжены механическим переключателем,
который вводит каждый фотоэлемент в цепь усилителя. Та-
ким образом заранее предполагалось, что сигналами каждой
фотоячейки от элемента изображения могут быть электри-
ческие импульсы мощности, достаточной для преодоления
всех паразитных шумов статического электричества, проис-
ходящих от трения щеток коммутатора. Это не оправдалось
на опыте, и потому все механические передатчики с подоб-
ными мозаичными панелями и коммутаторами заранее
осуждены на неудачу. Дело, однако, оказывается совершен-
но иным, когда коммутатором служит катодный луч. Тре-
ние и инерция коммутатора здесь отсутствуют и мы имеем
идеальный замыкатель, которым без механических усилий
можем совершить любое число замыканий в секунду. Но
остаются еще большие трудности устройства светочувстви-
I
Рис. 207. Образцы приема на приемник д-ра Зворыкина (слева) и на приемник Центральной радиолабо-
ратории в Ленинграде
I
I
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
311
тельной мозаичной панели на высокое число элементов изо-
бражения, и в этом отношении передающие устройства с
катодным лучом служили 'предметом многих патентов, дале-
ко не всегда испробованных на
опыте. Для упрощения задачи
М. фон-Арденне применил про-
стую катодную трубку для просве-
чивания ее флуоресцирующим пят-
ном кинопленки и разработал на
этом принципе несколько моделей
кинопередатчиков; устройство же
с мозаич^тм экраном было закон-
чено разработкой на совершенно
новом принципе накопления свето-
вой энергии д-ром Зворыкиным в
Америке только в начале 1933 г.,
и этим прибором завершились ра-
боты по исканию путей в дально-
видении, которое теперь оконча-
тельно оформилось в новую от-
расль науки и техники.
Рис, 208. Передатчик М.
фон-Арденне
27. Телекинопередатчик системы М. фон-Арденне
Передающее устройство кинофильма системы Арденне
основано на очень простом принципе просвечивания кино-
фильма светом пятна на флуоресцирующем экране катодной
трубки. Для этой цели он применяет обыкновенную катод-
ную трубку, безразлично какого типа — газовую или ваку-
умную, которая приводится в действие, как бы для приема
изображений со всеми схемами развертки, но с наибольшей
яркостью растра на экране. Затем хорошим светосильным
об’ективом изображение растра проектируется на кадр ки-
нофильма, за которым ттомсщется фотоэлемент с усилите-
лем. Яркость экранов трубок М. фон-Арденне совершенно
достаточна, чтобы сигналы фототоков могли быть усилены
обычным фотоусилителем до той величины амплитуды сиг-
нала, которая нужна для действия приемной трубки или для
модуляции радиопередатчика (рис. 209). В этом виде
М. фон.- Арденне построил несколько моделей передающих
устройств, которые давали четкость до 10 тыс. элементов.
Дальнейшее повышение четкости оказалось ограниченным
инерцией флуоресценции экрана, вследствие которой сиг-
налы на строчке сливались и искажалось изображение. Де-
312
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
тальные исследования, произведенные Г. Рейбеданцем
(Н. Reibedanz), показали, что наибольшая частота, с которой
могли получаться сигналы от всей системы кинопередатчика
М. фон-Арденне, не превышает 100 тыс. сигналов в сек.,
’причем частота эта соответствует четкости изображения
около 90 строк. М. Арденне, применяя в своих опытах
очень сильные об’ективы (1 : 1,25, фирмы Astrogesellschaft),
ставил перед фотоэлементом (после кинофильма) матовое
стекло, чтобы светочувствительная поверхность его рабо-
тала равномерно, хотя значительно целесообразнее было бы
Рис. 209. Схема передатчика кинофильм М. фон-Арденне
поставить, как это всегда делается в кинопередатчиках, кор-
ректирующую' линзу, которая даст изображение об’ектива
на поверхности фотоэлемента.
Следует отметить, что в опытах М. фон-Арденне не
могли быть и не были использованы те возможности, ко-
торые дает электронная оптика, так что в наше время по-
добный передатчик может дать значительно лучшие резуль-
таты, если он будет проработан более детально*. Прежде все-
го применение простых осциллографических или даже те-
левизионных газовых трубок М. фон-Арденне нерациональ-
но по той причине, что элемент изображения, которым яв-
ляется пятно на экране, не имеет резких контуров, как
+ это может быть получено с настоящей вакуумной трубкой и
хорошей электроннооптической фокусирующей /системой.
Вследствие нерезкости светящегося элемента получение чет-
кого разложения на строке совершенно невозможно. Затем,
в передающей трубке для просвечивания кинофильма долж-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
313
ны быть приняты меры для уничтожения светлого ореола
вокруг светящегося пятна на экране, который появляется
вследствие -полного внутреннего отражения света в толщу
стеклянной стенки экрана и захватывает площадь значитель-
но больше самого элемента (рис, 210—212). Это явление
замечается и во всех приемных трубках, где оно также
Рис. 210. Ореол около Рис. 211. Ход лучей при появлении
элемента изображений на ореола
экране катодной трубки
очень вредно, так как задерживает около 60% всего света,
исходящего из светящейся части экрана.
Значительно позднее, в своей книге, посвященной ка-
тодным осциллографам, М. фон-Арденне уже указывает на
различные способы ослабления этого свечения при помощи
очень тонкой прозрачной пленки между экраном и стенкой
трубки, наложенной внутри баллона или же снаружи труб-
ки, при этом наружная стенка должна быть погружена в
прозрачную ванну с жидкостью, коэфициент преломления
которой близок к коэфициенту преломления стекла. Оста-
точное свечение экрана (инерция флуоресценции), несомнен-
но, также вредно для четкого получения сигналов на строч-
ке, однако частично оно может быть компенсировано со-
ответствующей схемой усиления. В самом деле, если даже
314
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
предположить, что яркость пятна будет исчезать за время,
близкое к продолжительности передачи одного кадра, то
Рис. 212. Уничтожение ореола дополнитель-
ным преломлением
SD
А С
(aj
Рис. 213. Скоростная модуляция сложного
изображения
влияние этого света
скажется только в за-
грузке фотоэлемента
светом, которая по-
степенно увеличивает-
ся за время передачи
изображения. Если при
этом фотоэлемент не
меняет своей чувстви-
тельности, то инерция
экрана только ослабит
несколько сигналы, не
влияя существенно на
четкость изображения,
так как медленные
изменения средней ос-
вещенности от кадра
к кадру могут быть
отфильтрованы схемой
усилителя. Но совер-
шенно необходимо,
чтобы все элементы
изображения, т. е. раз-
меры светящегося пят-
на на экране были
резко очерчены и были
точно одних и тех же
размеров; достйгнуть
же этого можно толь-
ко весьма совершенной
электронной оптикой
и очень тонкой грану-
ляцией экрана, что не
было сделано в опы-
тах М. фон-Арденне.
Для получения ра-
стра на экране М. фон-
Арденне применяет
схемы релаксационных
генераторов с неоно-
выми лампами. В чи-
стом виде такая схема
работает только на раз-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
315
вертку строчки, так как смещение строк осуществляется
нарастанием потенциала на конденсаторе, заряжаемого по-
стоянным током, разряд с которого производится механиче-
ским путем простым замыкателем, вращающимся от общего
механизма кинопроектора.Таким образом в этой системе ки-
нопроектор работает, как обычно, проталкивая ленту маль-
тийским крестом и одновременно замыкая накоротко кон-
денсатор схемы смещения строк. В этом виде приборы М.
фон-Арденне много раз демонстрировались с большим успе-
хом на берлинских выставках 1931 и 1932 гг. для телекино-
передачи с четкостью до 5 тыс. элементов.
• После этей системы телекин опере дачи М. фон-Арденне
перешеМ к системе скоростной модуляции, принцип которой
был дан в 1930 г. Туном, но еще ранее, в 1911 г., был най-
ден проф. Б. Л. Розингом именно для катодного приема
д а лън ов и д е н и я.
В главе об «оптическом анализе сигналов дальновиде-
ния» упоминалось, что освещенность элемента изображения
на строчке приемного экрана может быть выражена через
F=—L-,
h - tt J 4а2 v
в которое входит скорость движения элемента, так что при
всяком изменении скорости движения пятна постоянной яр-
кости получается впечатление изменения яркости соответ-
ствующих мест строчки. Мы уже имели случай познакомить-
ся с такой модуляцией, как паразитным явлением, которое
создает явление «креста» на растре экрана газовой катод-
ной трубки. «Крест» именно и образуется вследствие замед-
ления движения луча по середине экрана. Если создать ис-
кусственно такие замедления и ускорения при развертке
кинопередатчика М. фон-Арденне, управляя этими измене-
ниями -скорости от фотосигналов, согласно уравнению
Cf
v = у0 + -— то, имитируя на приемной трубке та-
Ф ,
кой же растр и с теми же скоростями, получим изображе-
ние на ее экране без всякой амплитудной модуляции. Из-
менение видимой яркости элементов строки при модуляции
скорости развертки представляет собой основание специаль-
ного метода дальновидения, известного под названием «ско-
ростной модуляции» (Liniensteurung), метод этот получил
практическое осуществление в работах М. фон-Арденне в
316
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Германии и в лаборатории фирмы Коссор (Cossor) в Англии.
На первый взгляд нет никаких оснований менять основной
принцип дальновидения с применением амплитудной моду-
ляции, переходя на столь сложную систему, как скоростное
изменение яркости, но в действительности «скоростная мо-
дуляция» имеет принципиальное значение, так как она поз-
воляет применить для дальновидения менее совершенные
катодные трубки и получить изображение большой яркости
(почти в пять раз большее максимальной яркости ампли-
тудной модуляции).
Рио. 214. Амплитудная и скоростная модуляции
Принциит скоростной модуляции пояснен на диаграм-
мах, представленных на рис. 214. Изменение яркости
изображения в амплитудной модуляции показано на диаг-
рамме рис. 214, на котором яркость элемента строки про-
порциональна соответствующей ординате (от 0,1 до 1).
Для скоростной модуляции диаграмма скорости пятна пред-
ставлена наклоном прямой, проекция которой на ось X оп-
ределяет ту часть строки, на которой данная скорость су-
ществует. Увеличение наклона соответствует увеличе-
нию скорости. На рис. 214 показаны образцы не-
скольких строчек элементарного изображения, в котором
между отдельными градациями яркости нет переходных от-
тенков* Примерно такого изображения будет, напр., клетча-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ 317
гая доска с квадратиками разных степеней черноты. Обыч-
ные изображения имеют очень сложные диаграммы скоро-
стей на строке, как это мы видим, напр., на рис. 213.
В системе телекинопередачи со скоростной модуляцией
типа М. Арденне—Туна {рис. 213) световое пятно (1) эк-
рана трубки проектируется на кинофильм, за которым на-
ходится фотоэлемент с усилителем. Фотосигналы действуют
на заряд конденсаторов обеих релаксационных схем, от-
клоняющих луч по обеим координатам одновременно, замед-
ляя или ускоряя повышение потенциалов конденсаторов так,
чтобы отношение скоростей движения луча по X и по У
при любых значениях этих скоростей, сохранялось постоян-
ным, что необходимо для того, чтобы строчки оставались
прямыми линиями. Для достижения этого результата приме-
няются релаксационные схемы генерирования модулирован-
ных пилообразных потенциалов, в которых заряд конден-
саторов производится изменяющимся во времени током, а
не постоянной амплитудой, как это делается обычно через
кенотрон или сопротивление. Вместо этих последних в схе-
ме взята усилительная экранированная лампа, на сетку ко-
торой действуют фотосигналы. Тогда разность потенциалов
конденсатора, к которому присоединены отклоняющие
электронный луч пластинки трубки, создает это отклоне-
ние с неравномерной скоростью в направлении обеих ко-
ординат. В направлении строк такое изменение вызывает,
как уже сказано, видимую модуляцию яркости элементов
строки*, в* направлении же смещения строк, перепен дикул яр -
ном к первому, также неодинаковое отклонение луча, что
приведет к тому, что при различной средней яркости изо-
бражение будет различного числа строк и размеров, по У.
Чтобы избегнуть такого неудобства, фотосигналы по-
даются через систему фильтров, которые срезают все час-
тоты ниже 24 nep/сек., и кроме того, разряд конденсатора,
схемы отклонения по перемещению' строк, производится
механическим замыканием, вращающимся от механиз-
ма движения кинопленки. Этим путем точно фикси-
руется продолжительность каждого изображения, но
заодно фиксируется средняя яркость всякого изображения.
Опыты показали, что изображение остается вполне хоро-
шим, несмотря на несоответствие средних яркостей отдель-
ных кадров. Длительности развертки каждой строчки не
равны между собой, причем самое большое время ее — -
Nz
Точное соотношение между модулирующими потенциалами
31JB
ОСНОВЫ- ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
на сетках ламп отклонения по строчкам и кадрам поддер-
живается тем, что эти потенциалы образуются на сопротив-
Рис. 215. Передача
сигналов скоростной
модуляции
лениях сеток указанных ламп, по
которым идут усиленные фототоки,
причем рабочие части сопротивле-
ний относятся между собой, как
1 :z (z — число строк).
При работе передающей тру0
ки по системе скоростной модуля"
ции на ее экране появляется изо-
бражение, которое может быть
позитивным или негативным, в за-
висимости от числа каскадов уси-
лителя. По этому изображению
можно контролировать качество
передачи и исправлять регулиров-
ку. Прием изображения в пределах
лаборатории осуществляется при-
соединением отклоняющих пластин
передающей трубки к пластинам
приемной, причем цилиндр Венель-
та на обоих пунктах служит лишь
для регулировки фокусировки луча.
Эта параллельная работа двух тру-
бок требует, таким образом, трех
проводов, приемное устройство
весьма упрощено; такая же ком-
бинация в обычной системе моду-
ляции («амплитудной») потребова-
ла бы еще с единения модулирую-
щих электродов.
Передача по проводам или по
радио сигналов дальновидения (ко-
торыми в системе скоростной мо-
дуляции являются модулированные
импульсы развертки растра) со-
вершается при помощи специаль-
ных усилителей и фильтрующих
систем, представленных на рис. 215.
Сигналы снимаются с отклоняющих
пластин передающей трубки и по-
ступают на сетки фильтрующего каскада, входные цепи ко-
торого замкнуты по схеме моста. На линию сигналы по-
даются после дополнительного каскада усиления, сетки
которого присоединены к подвижному контакту, опреде-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ О КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
319
лающему взаимоотношение амплитуд сигналов строк и
кадров.
На приеме сигналы разделяются и действуют на пла-
стинки приемной трубки оконечного усиления. Таким обра-
зом при приемке скоростной модуляции нет какой-либо
специальной схемы разложения изображения, а просто сами
сигналы дальновидения создают изображение непосред-
ственно, без какой-либо местной синхронизации. Эта осо-
бенность системы представляет собой исключи! ельно важ-
ный этап в развитии дальновидения. Кроме того, пере-
модулиров
разложен.
500
и
Контур для
получения
Сдвиг Сдвиг
по оси У по оси X
контур д/
получения
зубчатой
развертки
пушка
Усилит.
фототок
катоднЬю
ФилЬм осциллограф
Рис. 216. Схема передающего устройства Коссор
дача дальновидения со скоростной модуляцией сужает по-
лосу боковых частот радиопередатчиков, необходимую для
работы с данной четкостью и не требует передачи высших
гармонических, так как форма кривой модуляции такова,
что им можно пренебречь (Шретер). Система М. фон-Арде-
н
нне в том виде, как это описано здесь, работала на четкость
не более 5 тыс. элементов при 24 кадрах в секунду. Даль-
нейшие работы по этому принципу произведены фирмой
Коссор в Англии в 1934 г. на четкости значительно более
высокие, чем это было сделано самим изобретателем.
28. Система телекинопередачи Коссор (Бедфорд и Пэкль)
Телекинопередача по принципу Туна со скоростной мо-
дуляцией яркости изображения была обследована в лабо-
ратории фирмы А. С. Cossor и привела к заключению, что
Яд
Яз<
Яр
№
Cp
Л/
Cc
VD
л
К монитор-
модулятору
fa
fin
Конту/,
строчек
разберт
s Л4
Кз
Рис. 217. Схема фот >усилителя Koccoj
V a , —o+soo
n аноду лампы
V2 схемЫ Iпанели! —
оазбеотки Я*
mA
К
n йс
ng
fi's
Линия Soos, к передатчику
500 V
H8Q
Я <30
i
Kia
яг
ПЗЗ
&х1
Контур разложения
изображения на
строки
Контур д/
получения ру2 Рт2
рамки као-
>а
К электронной
. пушке “
Контур для ру/
прохождения
разберткой бее-
го изображения
н\
Я 21
Я8
С<7
Я<00
ff<3
< в95
fl/7 V б
Яз
Конт
ZQMa
Ьерткои Осего
изображения
Рис. 218. Схема разверток по строкам и кадрам
s
322 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
безукоризненное воспроизведение изображений при высо-
кой четкости представляет серьезные практические трудно-
сти. Хотя эти выводы не сходятся с заключениями
М. фон-Арденне, который как раз указывает, что его сис-
тема допускает четкость до 30 тыс. элементов, авторы раз-
работки лаборатории Коссор, Бедфорд и Пэкль, создали
новый вариант телекинопередачи, имеющий одновременно
и скоростную' и амплитудную модуляцию. Эта работа дала
хорошие результаты при разложении изображения от 40
до 200 строк, что конечно, достаточно для всех сю-
Рис. 219. Схема компенсации влияния фосфоресценции
жетов кинофильмов. Стремление совместить оба вида моду-
ляции отчасти объясняется желанием применить газовые
трубки фирмы Коссор, которые очень грубо модулируются
по амплитуде, хотя полная яркость экрана довольно вели-
ка. Амплитудная модуляция в схеме Коссор имеет подсоб-
ное значение, увеличивающее контрастность изображения
на приеме, вследствие чего получается серьезный выигрыш
в качестве изображения. Кроме того, эта схема разработа- '
на на непрерывное движение кинофильма, в противопо-
ложность схемы М. фон-Арденне, где такое движение со-
вершалось, как в обычном киноаппарате, т. е. толчками, и
приводило к потере части изображения на приеме, пример-
но около 25%.
Схема передающего устройства;, показанная на
рис. 216, действует следующим образом. Так же, как у Арден-
не, световое пятно экрана просвечивает кинопленку на фо-
тоэлемент, создавая фото-сигнал, который усиливается
шестью каскадами на пентодах, причем каждый каскад
имеет балластный пентод для уравновешивания частотной
характеристики на низких частотах и для уничтожения дру-
гих искажений. Для уничтожения влияния остаточной фос-
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ 323
форесценции применена схемам усиления, показанная на
рис. 21&. Полный сигнал после усиления (рис. 217 и 218) дей-
ствует на сетку пентода V\, играющего роль переменного со-
противления в релаксационной схеме У\—У*2—V\. Пентод У\
находится в одном ящике с фотоэлементом для уменьшения
паразитных емкостей в соединительных проводах. Релакса-
ционная схема развертки по строчкам состоит из кон-
денсатора Ci, заражаемого анодным током пентода Vlr
который разряжается комбинацией двух ламп V*2— У*з,
Примененных вместо неоновой лампы или тиратрона,
так как работа последних была найдена недостаточно
устойчивой. Во время заряда конденсатора Ct анодный
ток через лампу У2 не идет, так как на сетку V*2 подано
сильное отрицательное напряжение, падающее на внут-
реннем сопротивлении V3. Как только напряжение на V2
поднимается (К2 присоединена к конденсатору CJ, начинает
итти ток через V2, происходит падение напряжения на его
анодном сопротивлении R2, которое действует на. сетку V3,
ослабляя его анодный ток, вследствие чего на сетку лампы
V2 подается положительный потенциал, и конденсатор Сх
разряжается очень быстро. Отклонение луча для смещения
строк (частота кадров) совершается при усилении импульсов
обратных ходов строк пентодом V4, который создает на сет-
ке V7 мгновенные положительные импульсы, и конденсатор
С8 получает такими импульсами свой заряд. Параллельно С8
включен тиратрон который зажигается для начала ново
го кадра лишь после достижения определенного заряда
следующим образом.
Сетка этого тиратрона присоединена к сопротив-
лению /?8, которое шунтирует конденсатор С8, включенный
между сеткой и нитью тиратрона. С каждым импульсом об-
ратного хода строк конденсатор С8 получает дополнитель-
ный заряд, который отклоняет строчку на постоянную ве-
личину. Таким образом кривая отклонения ПО' строчкам
имеет не пилообразный, а ступенчатый характер. Одно-
временно с таким импульсом заряда конденсатора происхо-
дит кратковременный импульс повышения потенциала ти-
ратрона V8, вследствие чего, как только сетка получит
окончательный импульс потенциала в конце изображения,
тиратрон зажигается и изображение начинается снова. Этот
окончательный импульс дается «стабилизирующей схемой
кадров», также релаксационного типа с тиратроном V10 —
— /?ю — С9. Схема эта настроена на 25 периодов и син-
хронизируется от 50 периодов переменного тока городской
сети.
21*
+ л ’
/о Q09 / дохд
Рис. 220. Приемное устройство Коссор
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ 0 КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ 325
4
Чтобы передавать изображение кадра кинофильма в не-
прерывном его движении, что важно для работы звукового
кино, имеется еще одна схема, непрерывно отклоняющая
катодный луч со скоростью движения фильма. Эта так на-
зываемая «догоняющая схема» состоит из пентода Vu, ти-
ратрона У12 и конденсатора Сц. Синхронизация «догоняю-
щей схемы» осуществляется стабилизирующей схемой кад-
ров, которая каждую 1/2ь сек. подает импульс потенциала
на сетку тиратрона И12 через конденсатор Сд ,2 и одновре-
менно на сетку лампы У6 через конденсатор С»5- Лампа У»
останавливает развертку по строчкам на время перехода на
новое изображение, так как шунтирует лампу V"2, являющу-
юся частью разрядной комбинации К.— У3 схемы разверт-
ки по строчкам. Движение самого кинофильма совершается
от синхронного мотора, питаемого от той же сети перемен-
ного тока. Сигналы изображения в форме переменных им-
пульсов напряжений действуют на сетку лампы Ув, с анодно-
го сопротивления которой и подаются на линию или на ра-
диопередатчик. На приеме сигналы действуют на сетку вход-
ной лампы У2 (рис. 220) через конденсатор Сх. С части анод-
ного сопротивления этой лампы тот же сигнал действует
на сетку лампы V\', на анодном сопротивлении которой
развивается сигнал, обратный по фазе. Каждый из
этих сигналов усиливается отдельным пентодом, с ано-
дов которых подаются напряжения на отклоняющие
пластины Рх1 и Pt2, кроме того оба эти сигнала, действуют
на экранирующую и рабочую сетки пентода Va для получе-
ния уже одного импульса для амплитудной модуляции от
лампы У6, непосредственно действующей на потенциал ци-
линдра Венельта. Эти же амплитудные сигналы действуют
на .сетку лампы У4, через которую заряжается конденсатор
С7, отклоняющий строчки на приеме, возвращение которых
к началу изображения осуществляется разрядом конденса-
тора С при помощи тиратрона У8. Таким образом в прием-
ной схеме есть одна релаксационная схема кадров и от-
сутствует схема развертки по строчкам. Однако, эта скром-
ная экономия вряд ли окупается исключительно сложной
схемой комбинированной скоростной модуляции и хотя
полученные результаты оказались удачными при высокой
четкости (200 строк), точная оценка их может быть сделана
только после получения эксплоатационного опыта.
29. Катодные передатчики прямого видения
Перейдем теперь к катодным передатчикам прямого
видения. До 1933 г. работы в этой области считались ис-
326
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. НАСТЬ VII
ключительно трудными в смысле практического выпол-
нения проектов, существующих уже с давнего времени.
Одним из первых осуществленных приборов был пере-
датчик Фарнсворта (рис. 221). Прибор этот состоял из
цилиндрической стеклянной трубки с плоским дном, на ко-
тором нанесен слой серебра с фоточувствительным слоем
цезия. Анод этого фотоэлемента имеет вид очень тонкой
сетки, расположенной на небольшом расстоянии от катода,
и имеет потенциал 500 V. Изображение проектируется на
фотокатод сквозь сетку анода, и фотоэлектроны вылетают
в отверстие сетки в виде электронных лучей, которые фо-
кусируются длинной цилиндрической катушкой на некото-
ром расстоянии от второго дна стеклянного цилиндра.
Фарнсворт полагал, что таким путем он получит полное
электронное изображение катода, освещенного с различ-
ными интенсивностями оптического изображения. В плоско-
сти электронного изображения находится маленький фото-
элемент в колпачке с отверстием, в которое должны про-
никать фокусируемые электроны и возбуждать сигнал вто-
ричной эмиссии. При отклонении электронного потока с
фотокатода взаимно перпендикулярными магнитными по-
лями, в отверстие дополнительного фотоэлемента попадают
различные части электронного изображения и получается
разложение изображения. Прием изображений осуществля-
ется на катодную вакуумную трубку с магнитной разверткой.
Генер. на 50 мегагерц
I
i
32$
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Опыты Фарнсворта с этим прибором не привели к удов*
летворительным результатам. Изображения получились
очень неясные и размытые вследствие слабости фотосигна-
лов и различных взаимодействий магнитных полей, откло-
няющих катодные лучи для развертки и фокусировки, хотя
несомненно, что при применении электроннооптических
систем с электростатическими линзами можно было бы по-
высить качество изображений весьма значительно. Анало-
гичный проект без лабораторного осуществления был пред-
ложен Роберстом, полное же решение задачи катодного
передатчика принадлежит д-ру В. К. Зворыкину, который
первым построил передающее устройство высокой четкости
(75 тыс. элементов) и своими работами поставил дальнови-
дение в состояние законченного вида связи, вполне полно-
правного со всеми другими.
Описанные выше приборы Фарнсворта были лишь ос-
новным и принципиальным оформлением его системы. В
1934 г., вероятно, в связи с успехом работ д-ра Зворыкина,
Фарнсворт опубликовал свои последние разработки, которые
дают уже серьезные практические результаты с прямым ви-
дением и передачей кино. В основном отличие системы
1934 г. от его прежней заключается в замене «сигнального
фотоэлемента», с отверстием в один элемент изображения,
новым усилительным прибором, который автор назвал «Эле-
ктронным умножителем». Кроме того, освещением сплошно-
го фотокатода оптическим изображением производится с
тыловой стороны фотослоя, который наносится на полу-
прозрачную подкладку, что дает значительные конструктив-
ные удобства.
«Электронный умножитель» помещен на противополож-
ном конце стеклянного баллона за анодом (рис. 222), име-
ющем отверстие с небольшой трубкой. Анод и фотокатод
соединены проводящим слоем высокого сопротивления, на-
несенным на баллоне трубки (рис. 223), с целью экраниров-
ки внутреннего пространства, в котором летят электроны с
фотокаскада. Отверстие в анодном диске с колпачком в на-
ружную сторону значительно больше элемента изображе-
ния, но колпачок закрыт дном, в котором пробито весьма
малое отверстие. Электроны выходят из такого элемента изо-
бражения расходящимся пучком и сквозь отверстие в одном
из катодов умножителя ударяют во второй катод. При этом
каждый электрон выбивает несколько вторичных электро-
нов. На второй катод подано напряжение улътравысокой
частоты, вследствие чего вторичные электроны при мгновен-
ной перемене полярности, возвращаются в сторону первого
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
349
катода с отверстием и вы-
бивают из него еще большее
количество электронов. Ме-
жду катодами находится
кольцеобразный анод, кото-
рый собирает электроны,по-
явившиеся от взаимной вто-
ричной бомбардировки ка-
тодов. Подобный процесс
длится в продолжение од-
ного сигнала, т. е. не долее
прохождения элемента изо-
бражения такой же элемен-
тарной поверхности. Это
время равно Т = —— При
Nn
л — 50 000 и N = 20, Т == 10~6
sec. Для того, чтобы полу-
чить многократное умноже-
отосигнала, необходи-
ние
1Е
мо приложить к умножите-
лю переменную разность
потенциалов с частотой не
менее 10’ Hz, т. е. волны
Л=30 м. Принципиальное
устройство прибора Фарнс-
ворта показано на рис. 221,
его электрическая схема —
на рис. 222 и разрез его
конструктивного выполне-
ния—на рис. 224. На этом
последнем рисунке мы ви-
дим, что фокусировка элек-
тронного изображения про-
изводится магнитной линзой
в форме длинной катушки.
Генератор высокой частоты
Рис. 223. Разрез катодного пере-
датчика Фарн. аорта с электрон-
ным умножителем
помещается внутри кожуха
прибора и колебательный
контур его составлен из
весьма небольшого переменного конденсатора и несколько
витков самоиндукции.
Весь передатчик имеет вид большого фотографического
аппарата, установленного на шарнире, дающем движение в
330
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
двух плоскостях. Несмотря на значительное число элементов
разложения (200 строк), изображения, полученные с послед-
ним прибором Фарнсворта, все-таки значительно хуже, чем
те, что получает д-р Зворыкин. Причиной этого является
трудность получения резко ограниченного элемента изобра-
Рис. 224. Передатчик Фарнсворта с электронным умножителем
жения, вследствие серьезных аберраций при образовании
электронного изображения с такой примитивной об’ектив-
ной системой, как простая длинная катушка. Но в целом
прибор Фарнсворта является одним из замечательнейших
произведений современной физики и прекрасной иллюст-
рацией исключительной изобретательности его автора. .
р I.
30. Катодный передатчик системы д-ра В, К. Зворыкина
Работы д-ра Зворыкина в области дальновидения нача-
лись еще в 1925 г., когда им было патентовано устройство
катодного дальновидения, которое в дальнейшем осущест-
влялось В различные сроки. Предшественником патента
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
331
Зворыкина был проект Кэмпбелл-Свинтона, описанный в па-
тенте от 13 июня 1923 г. фирмы Вестингауз, в котором впер-
вые была достаточно оценена идея панели фотоэлементов с
коммутацией их катодным лучом. В начале нашей книги мы
обратили особое внимание на устройство человеческого гла-
за и на основные законы физиологической оптики. Часть
сведений, изложенных в указанной главе, была необходи-
ма для уяснения работы различных деталей аппаратов
дальновидения всех, систем. Теперь наступил момент рас-
Рнс. 225. Схема накопления заряда от ф тотока
смотреть прибор, в котором само устройство глаза, в основ-
ных его принципах действия и оптических деталях, послу-
жило подробной моделью для замены организма человека
электрическим аппаратом, и этот аппарат оказался наибо-
лее совершенным из всех других, в которых модель глаза
была использована менее полно.
• Кэмпбелл-Свинтон предложил проектировать изображе-
ние передаваемого объекта на панель миниатюрных фото-
элементов так же, как в глазу человека изображение проек-
тируются на ретине,, имеющей в себе 137 млн. колбочек и па-
лочек. Д-р Зворыкин дополнил фотоэлементную панель
устройством, которое придало ей способность «электричес-
кой памяти», аналогичной той, которая существует в глазу
человека вследствие конечного промежутка времени, в те-
332
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
чение которого перерабатывается глазной пурпур, при из-
менении интенсивности света на ретине.
«Электрическая память» образована емкостью каждого
фотоэлемента по отношению к одному общему электроду,
в которой накопляется заряд, обусловленный фотоэмиссией
данного фотоэлемента (рис. 225). Таким образом, по ана-
логии с глазом, в передатчике Зворыкина изображение
действует на все светочувствительные элементы сразу и в
течение неопределенно долгого времени (например, в про-
должение передачи всего изображения), причем за весь
этот промежуток времени происходит накопление зарядов
в элементарных емкостях каждого фотоэлемента. Вместо
нервных волокон, которые идут в мозг человека и переда-
ют рефлекс света (сознание яркости), мозаичная панель
обозревается бегающим катодным лучом, который, попа-
дая на заряженный элемент мозаики, разряжает его в очень
короткий промежуток времени
1
TVn
По теории
д-ра Зворыкина при этом получается чрезвычайно боль-
шой выигрыш в силе электрического сигнала. В старых си-
стемах, в которых фотоэлектрический ток действовал толь-
ко за промежуток времени Т, в продолжение которого фо-
тоэлемент был освещен, сигнал на сопротивлении, вклю-
ченном в цепь фотоэлемента, мог быть вычислен следую-
щим образом. Если R есть сопротивление цепи фотоэлемен-
та и С — емкость соединительных проводов и остальных
частей сетки, то сопротивление R должно удовлетворять
следующему выражению
2юС
где ш —2гс/
Nn
наивысшая частота сигналов данного изображения. Сигнал
в цепи фотоэлемента будетVg — /8ф. • R, где /9ф. эффективное
значение фототока, при освещении фотоэлемента потоком
света в 7 люменов. Тогда имеем:
/эф. ____ /9Ф. * R
/1Т252шС ~ 2^VT,25-Nn-С R
/эф. • /?
т. е. сигнал не зависит от частоты, если CR —-, и если фо-
Nn
тоэлемент безинерционен, а зависит лишь от чувствитель-
ности фотоэлемента и светового потока.
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ О КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
333
Чтобы учесть время (работы фотоэлемента и количество
электричества, вырабатываемое им за время сигнала, напи-
шем /эф. — — — = Nn (У1еС\ V1~ число
электронов, вылетающих с определенный скоростью, е —
заряд электрона и С — та же заряжаемая емкость. Тогда
потенциал сигнала
(v^CJNneR
2т: УЦ25
Если фотоэлемент накопляет заряд на конденсаторе
С2 за промежуток времени в п раз больший, то количество
электричества на нем возрастает, т. е. будет Q2 = v2eC2*
у
Тогда отношение потенциалов при наличии накопле-
^31
ния и без такового выразится
~ “ ct ’
так как = nvu если электроны вылетают с одной и той
же скоростью', что означает равенство освещенностей свето-
чувствительных поверхностей в обоих случаях. Таким об-
разом применение принципа накопления заряда теоретиче-
ски увеличивает фотосигнал в п раз, т. е. действует обрат-
но тому, что мы имели в механическом дальновидении, где
увеличение числа элементов приводило к уменьшению по-
лезного потока света на элемент. Этот результат можно
получить еще иным путем.
При увеличении числа элементов и при неизменной
поверхности изображения на диске Нипкова поверхность
элемента уменьшается, вследствие чего уменьшается све-
товой поток, и тогда фотосигнал от каждого элемента
выразится через
л
, о рьД
при чувствительности фотоэлемента 8-—, где /? —сопро-
•
тивление в цепи фотоэлемента, L — полный поток света
на всем изображении. Принимая, что CR^Z —~,получим,
1 LS
что /? =------, и следовательно, Vg —-------, т. е. умень-
NnC CNn2
шается обратно пропорционально квадрату числа элементов.
334
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
Если фотоэлемент накопляет заряд за время f = ——
й в нем идет сила тока i = l • S-— S, то заряд q его кон-
н
денсатора С2 можно найти по обычной формуле 1 =
т. е. — S = откуда q =. ——. Тогда V2
п 1 Nn
N
q__ LS
С2 ~NnC2‘
Отношение сигналов во втором и первом случаях
ь
Vi
жег преимущество системы с накоплением заряда,
выражается следующим образом:
пока-
Оно
V2 = LS . LS _
V± ~ NnC2 5 Nn2C1 ~П С2
Если Сг — С2, то сигнал после накопления заряда будет
в п раз больше, чем без накопления.
Практическая реализация принципа накопления осущест-
влена д-ром Зворыкиным в его катодной передающей труб-
ке, которую он назвал иконоскопом. Принцип накопления
заряда фототоков обладает очень важными и ценными
свойствами, из которых особенно следует отметить, что ос-
новная работа фотоэффекта происходит, при очень низкой
частоте (частоте кадров), и допустимо применение фотоэле-
ментов с инерцией. Это понятно само собой, так как каждый
элемент изображения заряжается в течение времени передачи
целого изображения, а сигнал получается не за счет фотоэф-
фекта, а за счет искусственной нейтрализации положитель-
ного потенциала конденсатора электронным лучом. Поэто-
му возможно применение даже панели селеновых фотоэле-
ментов с механической коммутацией заряженных конден-
саторов, как это предложено было Дженкинсом (Ch. F. Jen-
kins) (американский патент № 1756291), с восстановлением
уже полностью схемы Сенлека, предложенной 40 лет назад.
Переходить на механическую коммутацию пока нет ос-
нований ввиду того, что вполне законченное решение уже
дано Зворыкиным и при том в такой форме, что можно
ожидать лишь конструктивных изменений его прибора, но
не принципа действия.
Иконоскоп Зворыкина представляет собой электронно-
лучевой прибор, в котором имеется электроннооптическая
система, позволяющая получить тонкий катодный луч весь-
’К’
I
Рис. 226. Схема иконоскопа
336
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
ма острой фокусировки. По своему устройству эта система
не отличается от той, которая применяется в приемных труб-
ках Зворыкина, но работа при меньших напряжениях на
анодах (Ai = 400 V и Д2 = 1000 V) и при токе в луче не бо-
лее 2—3 р.А. Электронный луч скользит по мозаичной
панели фотоэлементов, на которую проектируется оптичес-
Рис. 227. Схема иконоскопа
кое изображение. Самая панель имеет вид тонкого плоского
конденсатора, образованного металлической пластинкой,
покрытой слюдой; вместо другой обкладки имеется тон-
кий слой серебряных капелек, которыми в фотоэлектричес-
ком отношении придана чувствительность цезием (рис. 226).
Изготовление мозаичной панели, согласно британским
патентам № 406353 и 407521, совершается несколькими спо-
собами, благодаря которым! получается совершенно1 рав-
номерный слой отдельных шариков серебра, достаточно
крепко сидящих на слюдяной подкладке. Один из этих спо-
собов заключается в испарении серебра в вакууме на пла-
стинку слюды или стекла при очень низкой окружающей
температуре.
Пластинка, на которую должна быть нанесена мозаика,
помещается в баллоне иконоскопа, в узкой части которого
находится вольфрамовая спираль. В эту спираль вкладывают
серебрянный шарик, подлежащий исправлению, и по спирали
пропускают ток. Перед испарением серебра баллон откачива-
ют и сильно охлаждают жидким воздухом, который льют на
вату, навернутую на стекло баллона снаружи. Затем спи-
г
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ 337
раль вынимают из трубки и вместо нее впаивают электрон-
но-оптическую систему. Серебряная мозаика окисляется
кислородом при давлении 0,3 мм разрядом высокой часто-
ты, после чего кислород тщательно откачивают и внутрь
дестилируют из трубки цезий, содержащей порошок бро-
мистого цезия и кальция. Цезий вводят постепенно, нес-
колько раз, и между каждым введением производят испы-
тание светочувствительности.
Вместо того, чтобы применять слюдяную* пластинку,
можно' покрывать алюминиевую фарфоризованную плас-
тинку окисью алюминия на толщину около 0,05 мм. Такой
тонкий слой диэлектрика весьма выгоден для получения
значительной емкости между шариками и металлом плас-
тинки, которая и служит общий электродом конденсаторов
всей системы мозаики.
Третий способ заключается в том, что на слюдяной
листок наносят слой окиси или карбоната серебра пульве-
ризацией, напылением или наливанием так, чтобы пластин-
ка покрылась ровным1 слоем! или матовым туманом. Затем
лист нагревают в печи до 800° в течение 15 секунд, пока не
образуется ровный сплошной слой серебра, который затем
сам разбивается на маленькие шарики. Этот процесс нало-
жения1 окиси и нагревания повторяют несколько' раз, пока
не будут получены шарики нужных размеров. После этого
слюдяную пластинку с мозаикой помещают в баллон при-
бора, имеющий уже электроннооптическую систему. Бал-
лон наполняют кислородом при давлении 0,1 мм и произ-
водят разряд в поле высокой частоты. После окисления
внутрь дестиллируют цезий из трубочки, содержащей соли
цезия или металл цезий. Этот процесс ведут на наносе, при-
чем мозаика прогревается до температуры 200—225°, пока
не получится максимальная чувствительность, после чего
нагревание ведут при температуре 100—150° в течение дли-
тельного времени, чтобы согнать избыток цезия на шари-
ках и между ними. При этом необходимо принять меры к
тому, чтобы электроннооптическая часть и сам электрон-
ный прожектор не покрылись цезием, для чего эту часть
электродов прибора прогревают токами высокой частоты,
и конденсация цезия в этом месте не происходит.
Описанный способ может быть изменен, а именно слой
серебра может быть получен непосредственно химически,
вместо переработки серебряных солей, как это описано
здесь; остальные операции остаются теми же, т. е. ведется
прогревание этого слоя для образования шариков серебра.
На поверхности слюды в 10X12 см расположено около
22 Остовы дальновидения
Фотоэлемент^ мозаики
>
Пятно раз$ертЬ1ванщ.
4 луча
Рис. 228. Размер луча и раз-
меры элементов мозаики
3&8 ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ.- ЧАСТЬ VII
3 млн. таких миниатюрных фотоэлементов. Под влиянием
энергии света фотоэлементы испускают электроны, кото-
рые летят на анод Д2, общий с электронно-оптической сис-
темой, и заряжаются положительно в продолжение време-
ни передачи одного изображе-
ния. Электронный луч система-
тически снимает положительные
заряды, вызывая импульсы сиг-
налов изображения, а также и
вторичную эмиссию, которая в
пределах одного сигнала нейтра-
лизуется самим лучом. Подбор
силы тока в электронном луче
является тонкой регулировкой
работы иконоскопа, так как если
луч будет давать слишком боль-
шое количество электронов, то
произойдет заряд мозаики отри-
цательными электронами, кото-
рые будут нейтрализировать по-
ложительный заряд от фотоэмис-
сии, и сигналы окажутся слиш-
ком слабыми*. Наоборот, если луч
будет слишком слаб, то не ис-
пользуется полностью положительный заряд элементов мо-
заики, и сигналы опять же будут слабы. Ввиду того, что
вторичная эмиссия определяется только скоростью' элект-
ронов и природой поверхности мозаики, а полезная фото-
эмиссия зависит от яркости оптического изображения, то
ин те н с ивн о с ть луча per у л и р у е т с я (у пр авляющим электро-
дом, например, цилиндром Венельта) в зависимости от ус-
ловий передачи, а нейтрализация вторичной эмиссии — со-
ответствующей скоростью- электронов (напряжениями на
обоих анодах). При этом должна быть точная фокусировка
луча в виде весьма малого- пятна, размеры которого зави-
сят от числа строк разложения изображения и перекрывают
целую группу мозаичных фотоэлементов (рис. 228). Вслед-
ствие дисперсии электронов в- луче в большинстве случаев
сечение фокусировки сопровождается ореолом, который
перекрывает соседние элементы изображения; кроме того,
при обратном ходе луча после развертки строчки, может
произойти бесполезный разряд следующей строки. Ввиду
* При этол вторичная эмиссия электронов с мозаики может принять
столь значительные размеры, что вся мозаика перезарядится и сигналы
на сетку усилителя будут иметь негативный характер.
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
339
этого совершенно необходимо прерывать электронный луч
после окончания его отклонения по строке, сообщая управ-
ляющему электроду, в момент разряда релаксационной
схемы отрицательный потенциал; это осуществляется очень
просто1 заключением в разряд конденсаторов схемы неболь-
шого сопротивления, с которого через маленький конден-
сатор подается соответствующий потенциал на цилиндр Ве-
нельта.
Для удобства проектирования изображения на моза-
ику, она повернута под углом в 45° к оси трубки; это,
однако, имеет тот недостаток, что на наклонной пластинке
развертка будет иметь трапецоидальный вид. Для вырав-
нивания отклонения можно соответствующим образом ори-
ентировать поля, отклоняющие катодный луч.
В иконоскопе Зворыкина применено магнитное откло-
нение, так как это1 упрощает изготовление прибора; кроме
того оно более удобно1 и не влияет на электроннооптическую
систему, фокусирующую луч. Электрическая схема иконо-
скопа состоит из обычных частей схемы катодной трубки,
необходимых для образования электронного луча в ваку-
уме, регулировки обоих напряжений анодов схемы для от-
клонения луча в двух координатных направлениях и фото-
усилительной части. Последняя состоит из цепи сопротивле-
ния, включенного между сплошной пластинкой мозаики
(так называемая «сигнальная пластинка») и вторым анодом.
С этого сопротивления снимаются сигналы изображения, ко-
торые подаются на сетку первого- усилительного каскада.
Общий коэфициент усиления всего усилителя до работы
контрольного кинескопа 20 тыс. Если подсчитать чувстви-
тельность мозаики из величин, которые необходимы для
работы кинескопа, то- получим, что она равна 0,1 у А на
люмен. Повидимому, столь малая чувствительность мозаич-
ных панелей об’ясняет неуспех многих попыток создать
катодный передатчик без накопления заряда. После усиле-
ния сигналы изображения подаются на линию или на ра-
диопередатчик, к которым должны быть поданы также и
импульсы разрядов релаксационных схем, с соблюдением их
обратной фазы по отношению' к сигналам изображения.
Эти импульсы являются сигналами принудительной син-
хронизации для приемных устройств. Для получения опти-
ческого изображения на мозаике иконоскопа применяется
обычный фотографический об’ектив, с относительным от-
верстием 1/4. Колба иконоскопа и фотоусилитель (первые
два каскада) находятся в одной камере, на которой укреп-
лен об’ектив, так что весь прибор имеет вид большого фо-
22*
340
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
тографического аппарата на треноге. Вся установка пита-
ется переменным током, и между камерой иконоскопа и
шкафом, в котором находятся схема развертки, выпрямите-
ли и батареи, может быть применен специальный кабель
длиной около 500 м (рис. 231). В этом оформлении установка
может иметь передвижной характер, что особенно важно
•^3
Рнс. 229. Спектральная характеристика иконоскопа
так как полная светочувствительность прибора такова, что он
видит все, что может зафиксироваться на фотографической
пластинке (освещенности около 500 люкс). Одной из важ-
ных особенностей иконоскопа является то, что он может
работать на невидимых инфракрасных лучах. Это практи-
чески решает проблему видения в темноте, при наличии
специальных инфракрасных осветителей, закрытых 'фильт-
рами, непрозрачными для белого света (рис. 229).
Катодный передатчик Зворыкина работает на четкость
от 75 до 400 тыс. элементов изображения и безусловно ре-
шает проблему дальновидения, которая, таким образом,
перестала быть проблемой; но он имеется пока только у
самого д-ра Зворыкина и не реализован еще нигде *. Пре-
пятствием к этому является ряд технологических труднос-
тей построения иконоскопа, способов получения мозаики
и ее очувствления, которые описаны в патентах R.C.A.,
* В настоящее время <1936 г.) иконоскоп построен в Научн.-иссл.
инет, телевидения инж. Круссеэ >м и Рыфтиным В 1934 г. в ЦРЛ
быт построен иконоскоп однострочного типа инж. М. М. Феодоровым по
указаниям автора книги.
Рис. 230. Вешний вид иконоскопа
Рис. 231. Общий вид передатчика д-ра Зворыкина
__ - - _,J"-. Л'.- -г~- 1 -- .
ГР ГЧ'Н
W Р. « ! IЧ.
342
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VII
неопубликованных до сего времени. Надо полагать, что
при дружной коллективной работе ученых СССР мы скоро
увидим советский иконоскоп, еще с более значительными
показателями, чем у прибора, описанного д-ром Зворыки-
ным. Вид колбы иконоскопа показан на рис. 230.
31. Общие замечания о катодном дальновидении
Приемные и передающие устройства на принципе элек-
троннолучевых способов разложения изображения явля-
ются, несомненно', конечной ступенью дальновидения, как
новой области техники. Те громадные скорости, с которыми
происходит движение луча, совершенно покрывают требо-
вания получения немерцающего изображения, высокой
четкости и правильности. Но это достижение дается не да-
ром. Вместо* принудительной синхронизации моторов, вра-
щающих Диски, мы сталкиваемся здесь с безусловным тре-
бованием построчной синхронизации на приеме, наличия
четких и одинаковых по амплитуде синхронизирующих
импульсов на передатчике, в особенности, если он имеет ме-
ханическое разложение изображения. На катодную трубку
весьма сильно действуют паразитные поля радиостанций и
силовых сетей, и потому приемное устройство должно
иметь соответствующую' экранировку. Все электрические
процессы, например, генерирование и усиление релаксаци-
онных колебаний, должны быть предварительно проверены
на катодном осциллографе, и только тогда можно надеять-
ся получить изображение без-искажений.
Существует мнение, что дальновидение малой четкости
(на 1200 элементов) является наиболее легким к выполне-
нию. Это справедливо лишь в небольшой мере для механи-
ческих разверток. В катодных приборах трудности распре-
делены равномерно, и. менее сложным является дальновиде-
ние средних четкостей, как 4 и 10 тыс. элементов. В прием-
ных устройствах на 1200 точек всего яснее выступают не-
правильности разверток в виде искривления концов стро-
чек, растяжения изображения к' краям и пр., и потому оно
является более 'Трудным. В области высоких четкостей
трудности опять быстро возрастают, и проблема становит-
ся тесно связанной с качествами приемной трубкй, хотя,
конечно, и все предыдущие остаются в силе. Что касается
радиосвязи и требований, к ней пред’являемых, то* способы
дальновидения не связаны с каким-либо способом передачи
сигналов, от которых может зависеть диапазон частот, обу-
словливающих пределы и качество модуляции того или
иного радиопередатчика, или пропускная способность дан-
ной линии.
ЧАСТЬ VIII
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
А Дальновидение с предварительной с*емкой на кинопленку
В 1924 г. автор этой, книги выпустил под своей редак-
цией книгу Михали «Электрическое дальновидение и теле-
гор» (издательство «Книга», Ленинград) и в дополнитель-
ной статье «О современном состоянии дальновидения», в
гл. «Радиокинематограф», указал на удобный способ днев-
ного видения со снятием интересующего1 нас об’екта на ки-
нопленку, быстрого' ее проявления и закрепления и с даль-
нейшей передачей методами механического разложения
изображения. Там же указано, что основное преимущество
кинопередачи заключается в возможности применения
большого количества искусственного света, что даст воз-
можность получить разложение с соответственно большим
количеством элементов. Это было первое указание на ныне
популярный способ «дальновидения через пленку». Способ
этот патентовался в Германии <и Америке в 1927 и 1929 гг.
и развит практически в лаборатории фирмы «Фердес»
(Берлин).
Схема работы по этому методу заключается в следу-
ющем (рис. 232). Кинос’емочный аппарат производит с’емку
обычным способом, но активированная пленка не сматыва-
ется на бобину, как обычно, а направляется в специальную
камеру, в которой пробегает несколько узких вертикальных
баков. В этих баках она проявляется, промывается, закре-
пляется, и затем в мокром виде непрерывно идет перед
диском с отверстиями, который производит разложение
изображения, как обычного1 фильма. После передачи фильм
может быть просушен или временно сохранен в баках с
водой, если это необходимо. Фирмой «Фернзее» был про-
работан также метод бесконечного фильма, в котором
344
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VIII
эмульсия накладывается на пленку во время его движения и
во время этого- же движения, для наложения свежей, после
передачи изображения {рис. 233). Несмотря на громозд-
кость этого способа дневного видения, при быстроте фото-
обрабатывающих процессов (15—19 сек.), метод видения
через пленку во многих случаях решает дело проще, чем
какой-либо иконоскоп, точное изготовление которого дер-
жится пока в секрете. При исключительном совершенстве
немецкой техники, нет ничего удивительного, что видение
через пленку началось именно в- Германии и уже дало ре-
Рис. 232 Схема передачи с
предварительной с’емкой.
Вверху: телекинопередатчик.
Внизу: схема расположения
приборов
зультаты достаточно хорошие
с четкостью 20 тыс. элемен-
тов. Применение этого спосо-
ба для приемных изображений
на большой экран, т. е. с фо-
тографированием изображения,
Рис. 233. Общий вид передатчика
со с'емкой на пленку
например с кинескопа, несомненно, даст значительно скорее
результаты, чем какой-либо иной метод, применяющий ог-
раниченное число- элементов разложения и недостаточно
яркий модулированный источник света. Кинескоп может дать
изображение большой четкости, кинопленка может это
изображение запечатлеть и воспроизвести на любом экра-
не и нормальной яркости. Опыты моей лаборатории по- сня- •
тию диапозитивов с экрана катодного приемника и по,
проектированию» его на большой экран показали, что даже
при четкости 10 тыс. элементов получаются удовлетвори-
тельные результаты с изображениями, снятыми крупным
планом. Для получения позитива на пленке непосредст-
венно кинескоп должен дать негатив на своем экране,
что очень легко осуществить электрической схемой, и не-
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
345
сомненно, чтО' этот способ является) наиболее простым для
получения дальновидения на большом кинематографичес-
ком экране. Приборы фирмы «Фернзее» показаны на рис.
233.
2. Дальновидение в естественных цветах
*
Разработка дальновидения в естественных цветах была
проведена в лаборатории «Белл систем» в 1930 г. с прибо-
рами механического разложения изображения с целью
проверки принципиальной стороны этого* вопроса, на осно-
вании приложения трехкомпонентной теории цветоощуще-
ний, которая изложена в первой части книги.
Кроме недостаточной четкости, которую могли дать
механические методы разложения в цветном дальновиде-
нии, его развитие зависело всецело от разработки фото-
элементов, чувствительных к различным областям спектра.
Но так как фотоэлементы с натрием имеют чувствитель-
ность с двумя максимумами на 0,35 р- [и 0,55 р, а калиевый
обладает острым максимумом на 0,43 у- с общей чувствитель-
ностью в широкой полосе спектра 0,35—0,75 р, то для по-
лучения истинной селективности были применены окрашен-
ные фильтры в синий, зеленый и красный цвета. Амплитуда
каждого цветного сигнала выравнивалась уже соответству-
ющей группировкой фотоэлементов. Передающее устрой-
ство по системе бегающего' луча состоит из диска Нипкова
такого же, как и для обычного дальновидения. Сильный
луч белого света направляется на объект, и отраженный
свет воспринимается фотоэлементами и разлагается автома-
тически на амплитуды, соответствующие цветности отраже-
ния.
Опытом было найдено, что число фотоэлементов, не-
обходимое для получения белого света на приеме, должно
быть сгруппировано следующим образом: два с синими
фильтрами (сн), восемь—с зелеными (зл.) и четырнадцать—
с красными (кр) (рис. 234: 7 — зеркало, 2 — линза). Каж-
дая группа соединена в параллель и имела свое усилитель-
ное устройство с одинаковым коэфициентом' усиления 101Э
раз. Система усиления ничем не отличалась от обычного,
необходимого для целей дальновидения, но ввиду мень-
шей яркости аргоновых ламп в зеленом и синем цветах
мощность последнего каскада усиления доведена до 500 W.
Между приемной и передающей станциями находились три
пары проводов, по паре для каждого цветного сигнала, и
еще две пары проводов для синхронизации и телефон-
346
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VIII
ново обмена. На приемной станции (рис. 234) за диском
Нипкова помещаются три точечные лампы (рис. 235) тле-
ющего' разряда, перед которыми находятся цветные фильт-
ры— красный, синий, зеленый. Лампа для красного
цвета наполнена неоном, для зеленого и синего — арго-
ном. Система линз и два полупрозрачных зеркала позволяют
Рис. 234. Группировка
фотоэлементов в цветном дальновиден ы
видеть все три лампы одновременно и комбинацию' цветов.
Так как электрическая мощность для питания этих ламп
доведена до 500 W, то в них приняты меры охлаждения
электродов. Катод имеет форму трубки и -охлаждается во-
дой. Оба электрода имеют вытянутую форму и наблюдаются
со стороны их концов, чтобы увеличить кажущуюся яркость
свечейия.
Опыты с этой системой цветного дальновидения пока-
зали основные свойства цветного дальновидения вообще.
Обычное дальновидение передает только амплитуды све-
та, отличающиеся одна от другой, постоянный же све-
товой фон не передается усилителями на сопротивлениях
и конденсаторах; он легко восстанавливается на приеме под-
бором постоянного потенциала неоновой лампы, при ко-
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ME Т О /1ЬI Д А Л ЫIО В И ДЕ 11И Я
347
тором она слегка светится. Ввиду того, что этот фон подби-
рается на приемной станции по индивидуальному ощуще-
нию, он может не соответствовать действительности, хотя
и не изменяет характера изображения. В цветном дально-
видении на приеме этот фон неизвестен и может быть -при-
нят любого цвета и оттенка, по желанию, путем регули-
ровки постоянного горения ламп, если же при этом пере-
дается предмет одного цвета, то и сам фон изменяется,
Аргоновая лампа
Рис. 23г. Оптическая часть приемной станции
так как в то время, как работает только одна цветная груп-
па фотоэлементов, этот цвет вычитается из суммы цветов
фона. Например, если передавать зеленый об’ект на черном
фоне, то он будет казаться зеленым об’ектом на красном
фоне, пока не будут выключены красная и синяя лампы.
Вопрос о точной передаче контуров также еще более обо-
стряется, и в целом задача требует дальнейшей лаборатор-
ной проработки.
Стереоскопическое дальновидение, также не вышедшее
из лабораторных опытов, было испробовано Бердом. Он
применял для этой цели диск с двумя спиралями отверс-
тий, два об’ектива и два фотоэлемента с усилителями. На
приеме были подобная система разложения и две неоновые
лампы, работающие для одновременного' видения двух сме-
щенных под углом к оси изображений. Опыты Берда не
получили окончательного оформления в законченном вы-
полнении.
3. Дальновидение с подразделением изображения
и дуплексное
Стремление занять возможно узкую полосу модуля-
ционных частот в эфире привело к системе дальновидения
с подразделением йзображения на несколько частей. По
348
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VIII
этому методу изображение передается несколькими частя-
ми, причем эти части передаются одновременно по не-
скольким парам проводов или отдельными радиопередатчи-
ками. Каждая часть изображения делится на такое число
элементов, что передача ее укладывается в заданном диа-
пазоне модуляционных частот. Естественно, что количество
элементов всего изображения будет равно сумме элементов
его частей, и оно будет передано с большим количеством
деталей при том же относительном спектре частот, который
был нужен и для обычной передачи. При Этом получаются
формулы, которые дают зависимость между отдельными
параметрами передачи изображения, весьма похожие на вы-
веденные ранее. Пусть m — число частей, на которые делит-
ся изображение, В — его размеры в тангенциальном из-
мерении и Н — размеры в радиальном отношении, N —
число полных изображений в секунду, п — полное число
элементов изображения, z— число отверстий в диске.
Тогда частота одной полосы модуляции будет/в =
центральный угол между двумя отверстиями на диске будет
360 Bz£
а—-- - ; число элементов полного изображения п =—
z т Н
Расчет ведут, исходя из полосы модуляции спектра и дру-
гих данных. В опытах лабораторий «Белл Систем К°» по-
лоса модуляции была fB =40 000 Hz. Отношение
N = 18; тогда число отверстий в диске будет
в 2
н ~ 6
, / 2 6*40000*3
V 7-18
• 108.
Полное число элементов всего изображения
п=в- z2 = — • 1082= 13 608.
Н 6
' Если бы мы пожелали передать это изображение с тем
же числом элементов на одной волне и без разделения его
на части, то для этого потребовалась бы полоса частот
/ = 18608'18 — 120000.
2 2
Система с подразделением изображения годится, глав-
ным образом, для передачи кинофильмов» так как при систе-
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
349
Рис. 236. Внутренний вид
кабинки дуплексного даль-
новидения
ме бегающего' луча вводятся большие трудности устранения
влияния света, отраженного от части изображения, на ко-
торую падает луч, на те фотоэлементы, которые должны
принимать свет лишь только от своей, а не от соседней,
части. Несмотря на интересные лабораторные результаты,
полученные лабораторией «Белл Систем К0*», приходится
заключить, что передача с подразделением изображения
очень громоздка, а управление приемным устройством очень
сложно.
Особенно важно получить
при этом методе дальновидения
правильное отношение сигналов
на приеме, в противном случае
наступают сильные искажения.
Ввиду этого теперь принято счи-
тать, что более рациональным
является применение ультрако-
ротких волн и одной очень ши-
1 рокой полосы модуляций.
Как дальнейший этап разви-
тия дальновидения лабораторией
«Белл Систем К°> осуществлено
дуплексное дальновидение (рис.
236 и 237) в соединении с те-
лефонным разговором. Оно со-
стоит из двух ординарных уста-
новок дальновидения с бегаю-
щим лучом, собранных вместе в
одном металлическом каркасе и
расположенных таким образом, что
корреспондента появляется непосредственно под об’ективом
передатчика бегающего луча. Эта установка имеет очень
детальное изображение и применяет диски с 72 отверстия-
ми при 18 изображениях в секунду, следовательно, изобра-
жение имеет 6048 элементов. Полоса частот модуляции
/ = 54 000 Hz. Диаметр передающего диска 525 мм, прием-
ного 750 мм. Фотоэлементы I (рис. 237) в виде стек-
лянных труб длиной около 30 см и диаметром 10 см распо-
ложены по стенам будки, в которую входит лицо, желаю-
щее быть объектом передачи. Луч, выходящий из об’ектива,
окрашен фильтром в голубой цвет, что соответствует мак-
симуму чувствительности калиевых фотоэлементов, напол-
ненных аргоном. В то же время свет приемной неоновой
лампы не действует на фотоэлементы, иначе получилась бы
беспорядочная обратная световая регенерация. При высо-
принятое изображение
Линия Зля передачи телевидения
Рис. 237. Схема передачи дуплексного дальновидения
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
351
кой чувствительности больших фотоэлементов условие их
селективности к определенной части спектра, далекой от
света, даваемого неоновой лампой, является основным при
дуплексном дальновидении.
Применявшаяся в начале работ неоновая лампа с водя-
ным охлаждением теперь оставлена и заменена точечной не-
оновой лампой. Опыты доллексного••дальновидения велись
лишь на короткие расстояния между двумя отделами лабо-
ратории «Белл Систем К0» на дистанции около 1 км (на рис.
237 представлены: 2 — линия для передачи изображения,
3— телефонная линия, 4 — линия для синхронизации).
4. Телекинопередатчик цветного кино
В заключение нашей книги, опишем приборы для пере-
дачи цветного кино в той практической форме, в которой
Рис. 238. Телекинопередатчик цветных фильмов
эти устройства были осуществлены лабораторией дальнови-
дения «Bell System». Передача кинофильм займет несомненно
наибольшую часть программ в широковещании дальновиде-
ния. Поэтому представляет интерес оценить технические
трудности, которые придется преодолеть при разработке
352
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ УНГ
приборов цветного телекино, как наиболее совершенной
формы дальновидения этого рода.
В первом варианте цветной телекинопередатчик был по-
строен лаборатирей «Bell System», как добавочное приспособ-
ление к передатчику цветного дальновидения с бегающим
лучом (рис. 238). В камере фотоэлементов, закрытых крас-
ным, зеленым и синим фильтрами, вместо передаваемого
об’екта ставится белый матовый экран S. Система разложе-
ния изображения состоит из диска с отверстиями D, приво-
димого в вращение синхронным мотором М. В непосредст-
венной близости от диска помещается кадр раскрашенного
кинофильма, на который каждый данный момент просвечи-
вается только одно отверстие диска. Об’ектив L проектирует
Рис. 239. Диск для телекино с пре-
рывистым ходом фильма
это отверстие на экран и
отраженный от экрана свет
освещает фотоэлементы.
Дальнейшая передача сиг-
налов и прием цветного
изображения совершается
теми же устройствами, ко-
торые уже были описаны
выше на стр. 346 рис. 234
и 235. Если движение ки-
нофильма прерывистое с мальтийским крестом, то диск
имеет отверстия, расположенные по спирали, как это обыч-
но делается для бегающего луча, но с той лишь разницей,
что часть отверстий заклеивается (перед концом кадра),
чтобы иметь закрытие кадра в момент передергива-
ния фильма на следующее изображение (рис. 239, диск Dt).
Если же движение фильма непрерывное, то отверстия рас-
положены по окружности и смена строк происходит движе-
нием кадра фильма, что уже не раз описывалось в этой кни-
ге. Такое устройство почти не отличается от обычного те-
лекинопередатчика и очень легко осуществимо, но для цвет-
ного кино оно обладает рядом недостатков. Окрашенные
фильмы чрезвычайно дороги в изготовлении, движение ки-
нофильма в близости от быстро вращающегося диска легко
приводит к повреждению пленки и коэфициент использова-
ния света, отраженного от экрана, очень невелик. Ввиду это-
го был разработан, вариант передатчика, использующий ки-
нофильмы «Kodacolor». Мы встречались уже с оптической
стемой аналогичного типа в приборе д-ра Зворыкина для
изготовления оптической имитации дальновидения (см. стр.
28, рис. 17). Кинофильмы. «Kadacolor» имеют обычный фото-
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ 353
графический позитив черно-белых тонов, на поверхности
которого со стороны обратной эмульсии находится мелкая
мозаика большого числа тройных линзочек., Нормальная про-
екция на экран совершается тремя об’ективами, имеющими
фильтры — красный, зеленый и синий. Телекинопередатчик
для фильм Kodacolor устраивается значительно рациональнее
Рис. 240. Телекинопередатчик фирмы „Kodacolor*
(вид-Сбоку и сверху)
предыдущего, так как просвечивание такого фильма ведет-
ся на три обычный отдельных фотоэлемента без всяких
фильтров. На рис. 240 источник света А освещает кадр не-
преывно движущегося кинофильма посредством конденсора
С. Фильм идет перед горизонтальной щелью S непосредст-
венно за диском D. В диске имеются радиальные щели R,
пересечение которых с горизонталньой щелью S образует
элемент изображения. При нормальном! проектировании на
экран перед линзой L помещены системы фильтров Т, но в
телекинопередатчике этого не нужно. Свет от изображения
направляется на три зеркала М, которые направляют его на
23 Основы дальновидения \
354
ОСНОВЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ. ЧАСТЬ VIII
три отдельных фотоэлемента (без фильтров). Сигналы каж-
дой системы становятся «цветными» только на месте приема
(рис. 238), вследствие цветности модулированных источников
света и при совместном наблюдении дают впечатление изоб-
ражения в естественных
Рис. 241. Щелевой диск
телекинопередатчика
цветах.
Вместо описанной системы раз-
ложения изображения, недостатки
которой очевидны, так как элемент
изображения составлен щелями, на-
ходящимися в разных плоскостях,
был применен диск с отверстиями,
а оптическая система изменена на
более сложную (рис. 241), для то-
го чтобы отдалить диск от кино-
фильма. Фильм идет перед щелью
S и проектируется на диск линзой
Llt перед которой поставлена до-
полнительная линза Ь2. Третья лин-
за L3 у самого диска дает изобра-
жение трех отверстий на зеркалах
М и фотоэлементах Р1( Р2, Р3, как и в предыдущем варианте.
Рис. 242. Оптическая система телекинопередатчика цветных фильмов
Это устройство дало весьма удовлетворительные резуль-
таты еще в 1930 г. и не получило дальнейшего развития ис-
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ 355
ключительно вследствие сложности работы по трем радио-
линиям, о чем была речь выше. Приемное устройство (рис.
241), разумеется, может быть заменено тремя катодными
трубками с экранами различной цветности. Все три трубки
должны работать от одной развертывающей схемы, и опти-
ческое сложение изображений в данном случае будет еще
более удобно, чем при механической системе. То же замеча-
ние может быть отнесено и к передающей системе, в кото-
рой вместо трех фотоэлементов, можно поставить три ико-
носкопа на одном развертывающем устройстве. В этом слу-
чае диск Нипкова или иной, конечно, не нужен, а фильм
«Kodacolor» просто проектируется на три иконоскопа, имея
перед линзой L3 систему трех зеркал М, как это описано
здесь (рис. 242). Практического развития катодные системы
цветного телекино пока не получили.
На этом заканчивается изложение «Основ дальновиде-
ния». В книгу не вошли описания радиоприемных и пере-
дающих устройств, позволяющих осуществить дальновиде-
ние по радио. Электрические параметры радиолинии являют-
ся чрезвычайно важными для той системы дальновидения,
которая предполагается в качестве модуляционной к данно-
му радиопередатчику. Во многих случаях эти вопросы до-
минирует над электрооптическими. Ввиду этого предметом
дополнительных работ автора и будет служит тема «Радио-
линии дальновидения», которая будет опубликована от-
дельно.
Ленинград 1934 июль ЦРЛ.
ТАБЛИЦЫ
ТАБЛИЦА 10. РАБОТА ГЛАЗА
(Работа колбочек и палочек при различных освещенностях объекта)
Освещенность видим, бел. поверхности 25 люкс • 15 люкс 5 люкс 1 люкс 0,3 люк- са 0,01 люк- са - . . Л . ... + .
Работа палочек 18 27 38 60 82 I 92 j
Работа колбочек 82 73 62 40 18 1 8
В % общего числа колбочек и палочек.
ТАБЛИЦА 11. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ГЛАЗА ПОСЛЕ
ПРЕБЫВАНИЯ В ТЕМНОТЕ
После t мин. пре- бывания в темноте Чувствительность в относительной величине Примечание
t = 0,5 20 Из этой таблицы видно,
4 75 насколько важно затемнение
9 1 850 помещения при наблюдении
14 10 400 дальновидения, а также мож-
19 26 000 но заключить, почему „пер-
23 69 500 вое впечатление^ всегда бы-
26 94 000 вает более хорошее, а не-
31 174 000 достатки изображения про-
61 215 000 являются лишь позднее
ТАБЛИЦА 12. ВЛИЯНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ ОБ’ЕКТА
НА ОСТРОТУ ЗРЕНИЯ
*
Освещение в люксах Наименьший угол видимого проме- жутка Освещение в люксах Наименьший угол видимого проме- жутка
0,01 7,15' 50,0 0,52'
0,1 3,76' 100,0 0,51'
1.0 1.21' 200,0 0,50'
10,0 0,74'
357
ТАБЛИЦА 13. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЕДИНИЦЫ
Обозначения
1 электростатич. еди-
ница (с. g.s. к.) равна
1 электромагнит,
(с. g. s. д) еди-
ница равна
Е — сила электрическ. поля
Н — сила магнитного поля
V — электрический .потен-
циал ....................
q,Q—электрический заряд,
количество электриче-
ства ....................
С -- емкость............
/— сила тока............
300 У/см
1/з • 1О~10 гауссi
300 V
Ю-s у/сл*
1 гаусс
10—8 у
W — работа.........
Е— энергия ....
количество тепла
1 е-V—электрон-вольт
р — давление . .
3/з • 10 А/сек
5/э * Ю-11 F - Чэ • 10-5hF
7з • 10~10 А
— 1 эрг —
= 10—7 джауль (ватт-сек)
= 0,2390 . 107 кал
= 0,627 • 1012 электрон.-вольт
= 1,591 - 10-12 эрга
1 дин/см2=0,98 • 10~6атм=7,5 * 10~44C«Hg
(ртутного столба)
10 А/сек=10 С
109F = 1015 i
10 А
ТАБЛИЦА 14. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ЕДИНИЦЫ
Сила света
1 свеча
Условная эталонная единица видимого
света
Световой по-
ток =
1 люмен,
Испускается одной свечой внутри
телесного угла, равного одному стерра-
диану
Одна свеча испускает внутри полной сферы поток,
равный 12,565 люменов = 4 те люменов
Освещенность
Освещенность
1 люкс =
1 люмен на кв. м поверхности = осве-
щенности, создаваемой одной свечой
с расстояния в 1 м
1 фот = 1 люмен на кв, см равен освещенно-
сти, создаваемой одной свечой с расстоя-
= 10 000 люкс ния в 1 см.
1 миллифот =
= 10 люкс
1 фут- с веч а=
= 10,764
люкса = 1,0764
милли-фота
Освещенность, создаваемая одной све-
чой на расстоянии одного фута (0,3048 м)
358
ТАБЛИЦА 14. (Продолжение)
Яркость (источ-
ника света) или
светимость от-
ражающих по-
верхностей
1 стильб
Яркость поверхности, излучающей 1
свечу с кв. см (или отражающей по за-
кону Ламберта без поглощения осве- i
щенной поверхности т. • 104 люксами)
1 ламберт
=0,318 стильба
Яркость идеального рассеивания, на |
которохм создана освещенность в 1 фот
(т. е. 1 люмен на кв. см\ применяется
только в Америке и не принята особым
конгрессом в Европе)
ТАБЛИЦА 15. ЧИСЛЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ
ПОСТОЯННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕОРИЙ
Заряд электрона.............е = 1,591 1()-20 э. м. е.=4,770 • 10—С
э. ст. е. = 1,591 • IO—*9 А/секО
Масса электрона (в покое) . . . 9,03 • 10—23
Атомный вес электрона......Ае = 5,479 • 10—*
е
Удельный заряд электрона . . .—=0,5279 • 1018 э.ст. ед/гр.=1,761 • 107
э. м. ед/гр.= 1,761 • 108 А/сек/гр.
Скорость света в вакууме . . . с = 2,998 • 101° см/сек
Постоянная Планка . . . • ... h = 6,547 . 10—27 эрг/сек
Постоянная Больцмана.........к = 1,371 • 10—16 эрг/гаус
Масса атома водорода........тп = 1,0078 • 1/L = 1,6618 - 10—24 грамм
Число Лошмидта на молекулу или
грамм-атом.................L — 6,064 • 10аз
Атомный вес водорода.......Ан = 1,0078
Отношение MrfvCu протона к массе
электрона ......................—=1838
ТАБЛИЦА 16. РАБОТА ВЫХОДА ФОТОЭЛЕКТРОНОВ
И КРАСНАЯ ГРАНИЦА ФОТОЭФФЕКТА
Название металла
Работа
выхода в
Красная граница
В /I
Литий (Li) ......................
Натрий (Na)......................
Калий (К) .......................
Рубидий (Rb) ....................
Цезий (Cs) ......................
Магний (Mg) ... ... . . . .
Кальций (Са).............. . . .
Стронций (Sr) ...................
Барий (Ва).......................
Алюминий (AI) ...................
Медь (Си)........................
Серебро (Ag).....................
Золото (Аи) . • •................
Платина (Pt).....................
2,38
2,12
2,02
1,45
1,36
3,74
3,34
2,15
2,29
3,95
4,82
4,71
4,75
6,5
0,518—0,528
0,582—0,686
0,611—2,680
0,852—1,030
0,908—1,160
0,331—0,698
1 0,370—0,727
0,574—0,689
0,538—0,777
0,313-0,697
0,256—0,321
0,262—0,399
0,260-0,285
0,190—0,340
I
359
ТАБЛИЦА 17. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ АТОМОВ
Атом
Ионизир.
потенц.
Атом
Ионизир.
потенц.
Ионизир.
потенц.
н 13,54 Кг 13,94 Na 5,12
Не 24,47 Хе 12,08 Hg 10,39
Ne 21,47 О 13,56 Cs 3,88
Аг 15,68 N 14,5 Sr 5,67
ТАБЛИЦА 18. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
МОЛЕКУЛ
н2 15,4 H2O 13,0
n2 15,8 H2S 10,4
Oo 12,5 co2 14,3
NO 9,3 HCN 15,0
co 13,9 NH, 11,1
ТАБЛИЦА 19. НОРМАЛЬНОЕ КАТОДНОЕ ПАДЕНИЕ
НАПРЯЖЕНИЯ
Металл катода Воз- дух n2 н2 Не Ne Аг Na со2 Hg
Щелочные металлы: Натрий . . 178 185 80 75
Калий • . МММ 170 94 59 68 64 —е я
Серебро . 279 233 216 162 131 М^М Г 1 в—
Золото . . 285 233 247 — wo
Ртуть . . МММ 226 270 142,5 1 * мм • — 340
Алюминий 229 179 171 141 120 100 ——
Железо . . 269 215 198 153 " 115 «М 389
Никель . . 226 197 210 131 МММ
Платина . 1 277 216 276 160 152 131 475 340
ТАБЛИЦА 20. АНОРМАЛЬНОЕ КАТОДНОЕ ПАДЕНИЕ
НАПРЯЖЕНИЯ
Анормальное катодное падение напряжения подымается с увеличе
нием силы тока (при постоянном давлении) и уменьшается при падающем
давлении и постоянной силе тока. Для его определения имеются формулы:
Va — Ун = У(ja —$« ) формула Старка (Stark)
V а~ £ +----р—"— формула Астона (Aston)
Т —катодное падение, j — сила тока, р — давление, н — нормальное,
и — анормальное, к, Е и Е— постоянные, зависящие от природы газа и
металла катода.
360
ТАБЛИЦА 21. ДАННЫЕ МАЛЫХ ЭЛЕКТРОН
Наименова- ние типов Тип Напря- жение накала вольт Ток накала Ампер Напря- жение анода Крутизна mA/V
СБ-112 . . Экранир. 4 0,068 - 0,085 160 0,6 —0,95
СО-44 . . 3,6 0,2 -0,23 160 1,0 —1,6
УБ-107 . . Триод 4 0,07 — 0,085 120 1,0 —1,5
УБ-110 ♦ . * 4 0,65 —0,085 160 1,0 —1,5
УО-3 . . . 5? 3,6 0,2 —0,3 160 1,2 —2,0
УК-30 . . Л 5,6 0,7 —0,95 400 1,2 —1,9
УБ 1-32 . . 4,0 0,195-0,165 160 1,8 —2,4
УО-104 . . » 4,0 0,7 —0,8 240 2,7 —3,7
ПБ-108 . . 1,2 0,075 60 0,35—0,6
СО-124 . . Экранир. подо- грев. 4 0,8 —1,2 160 1,5 —2,4
СО-122 . . Пентод подо- гревн. 4 0,85 —1,15 240 1,6 -2,4
СО-118 . . Триод подо- грев. 4 0,85 —1,15 240 1,8 —2,7
ПО-119 . . 4 0,95 —1,15 240 1,8 —2,7
БО-125 . . Кенотрон 4 0,65 -0,85
ВО-118 . . 4 1,7 -2,2 1
П-7 . . . Лампы об] Вольфрамовый катод разца 1934 г. 3,8 0,6 -0,7 80 0,27—0,4
УБ-152 . . Триод 2 0,1 80 1,7
УБ-178 . . 2 0,1 80 1,0
УБ-179 . . 4 ЗА 300 9 mA
СБ-154 . . Экранир. 2 0,1 120 1,2
СБ-155 . . Пентод(оконеч.) 2 0,25 120 2,5
СО-182 . . Пентод (для выс. част.) 4 1,0 А 240 3,0
СО-183 . . Пентагрид 4 1,0 240 2,0
СО-185 . . Двойной диод- триод 4 1,0 240 3,0
Таблица составлена на основании измерений Центральной радио
361
НЫХ ЛАМП ЗАВОДА «СВЕТЛАНА»
Коэфициент усиления Напряже- ние на экрани- рованной сетке Напряже- ние на второй сетке пентода Ток анода mA Напря- жение сетки для тока анода Мощ- ность на аноде Ватт Срок службы часов
200—500 80 ——— 1,7 •—2 1,5 500
140—280 65 1—и —*— 3 500
9—13 — I 5 0 1,5 500
20—30 — 2,5 0 1,5 500
7—12 12 0 3 500
8—12 — 1 — —- 32 —15 8 150
7,5—10,5 III’ —м— 3 500
3,4—4,6 «МММ ——- —м — 12 300
5,5—8 ми -II - 1>9 0 1 200
250 60 1 ^МММ 5 500 1 1
80—200 - II МииМ 1 4 500
28-38 * 5 500
11—14 1 1 — И'1 — Ч » 5 500
им *^мм 2 300
—»|»|Ц 10 500
9—11 —— -| — 1,0 МММ 3 500
12 » • 5 mA 2 ммм
40 ч 1,5 0
9 М—1 100 mA —30 1 ™ 1 ——
300 80 в—— 3 — 1 ^мим —
200 120 15 mA —4 —“— MMJ
3000 100 1 II 6 mA' —1,5 1 — — ।
300 80 • 200 8 mA —4 Ml II» ИМ*
40 —- 7,5 mA 1 —2 — м
лаборатории в Ленинграде.
363
ТАБЛИЦА 22. ЕМКОСТЬ (МЕЖДУЭЛЕКТРОДНАЯ) ЛАМП
ЗАВОДА «СВЕТЛАНА» (в см)
Т и п Сс-А Сок Сд-к Сс-АК Сд-ск СА-СКЭ Сд-ЭК
СБ-112 • • ♦ * 10,8 • И-8 5,45 км» — 6,1 7,1
СО-44 • • ♦ • 15,3 • 10~» 4,8 III II 1 — 1 5,4 8,8
СТ . . « • * 2 • 10—8 4,4 — . I- ММ 1 4,3 7,8
СО-124 • • * * 3 • 10—8 6,43 —— !« 3,8 8,7
ПО-74 • • • • 1,55 2,75 ютмв 9,9 5,4
СБ-146 • * * 5,6 7 14 8,92
УБ-107 • ♦ • • 3,75 4,25 3,0 6,7 6,6 1 — 1
УБ-110 • • * • 2,7 4,42 2,8 6,6 5,6 ——» — -
ПТ-2 . ♦ • • • 1,5 2,48 2,25 4,3 4,0 —
П-7 . • • • • 1,5 2,0 2,3 4,1 3,75 1ММ
УО-104 ф 4 ф ф 7,45 5,2 3,5 12,1 11,35 М^В «Мам
УБ-132 4,4 4,2 9,5 8,6 6,4 ^м*
СО-122 • • • • 1,60 5,85 9,55 ^al^" ——
ПО-119 • • ♦ • 1.41 3,8 1,05 — *
ПБ-198 л * л А 1,62 3,06 2,7 1 1
СБ-154 А А А * 5,4 • 10-3 2,8 II
СБ-152 7,0 • 10—3 —... — ! «МММ WMV
СО-118 • • • • 1,93 4,7 — WV—
Таблица составлена на основании измерений Центральной радио
лаборатории в Ленинграде.
ТАБЛИЦА 23. КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ДАЛЬНОВИ-
ДЕНИИ
Число
строк
Число элемен- тов в тыс. Воспроизведение об’екта
Лицо чело- века (круп- ным планом) Небольшая группа (средним планом) Сцена (общим пла- ном) Массовая сцена (мел- ким планом)
Хорошее
Плохое
60
90
120
200
400
4,8
10,8
19,8
53,3
210,0
Вполне хо-
рошее
Очень хоро-
шее
Превосход-
ное
Совершен-
ное
Почти пло-
хое
Хорошее
Хорошее
Очень хоро-
шее
Превосход-
ное
Плохое, по-
чти негод-
ное
Среднее
Среднее
Хорошее
Очень хоро-
шее
Почти не
пригодное
Удовлетво-
рительное
Хорошее
Очень хоро-
шее
363
ТАБЛИЦА 24. ФОТОЭЛЕМЕНТЫ
Тип Анодное напря- жение Чувстви- тельность mA/Lum Поверх- ность в кв. см Природа фотослоя
Pressler-Caso- press .... Pressler W-114 Philips-5518 . ВЭИ Электрозавод . 120 120 70—100 70 70 20 100 18 25 200 8; 190 90 500 90 Цезий на се- ребряной под- ложке Цезий Цезий, оксиди- рованное се- ребро Вакуум Аргон Вакуум Вакуум Газовый аргон
ТАБЛИЦА 25. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ЛИНЕЙНОЙ
СКОРОСТЬЮ ЭЛЕКТРОНОВ И ЕЕ ВЫРАЖЕНИЕМ В
ВОЛЬТАХ
V V
0,01 25,5 0,35 34 300 0,85 450 • 10s
0,02 102 0,40 46 500 0,90 662 • 10»
0,03 230 0,45 61200 0,91 722 • 10»
0,04 409 0,50 79 100 0,92 793 • 103
0,05 637 0,55 101000 0,93 879 • 10»
0,10 2 560 0,60 128 000 0,94 986 • 10»
0,15 5 840 0,65 161000 0,95 ИЗО • 10»
0,20 10 500 0,70 203 000 0,96 1310 • 10»
0,25 16 700 0,75 260000 0,97 1590 • 10s
0,30 24 700 0,80 342 000 «мня 1 1
р = отношение скорости электрона и скорости света
ТАБЛИЦА 26. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ СКОРОСТЬЮ
ЭЛЕКТРОНА В ВОЛЬТАХ И ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТЬЮ
V 3 V V V ₽
0,00198 8 0,00560 400 0,0396 2000 0,0883
2 0,00280 9 0,00594 1" 500 0,0442 3000 0,1100
3 0,00343 10 0,00626 600 0,0485 4000 0,124
4 0,00396 20 0,00886 <1 ' 700 0,0524 5000 0,138
5 0,00443 30 0,0109 100 0,0198 800 0,0560 —*
6 0,00485 40 0,0125 200 0,0280 900 0,0594
7 0,00524 50 0,0140 300 0,0343 1000 0,0626 «мяЯ
:364
ТАБЛИЦА 27. РАБОТА РЕЛАКСАЦИОННОГО НЕОНОВОГО
ГЕНЕРАТОРА
Эта таблица имеет целью показать на примере влияние динамиче-
ского режима неонового генератора, частота которого подсчитана по
с
формуле т — —— [У3 — Vw], (см стр. 295), имеющего емкость С—2070 см
и стагически измеренные величины для У3 = 285 V и Ки = 160 V.
is Р-А Уз вольт Vn вольт наблюд. sec—1 т сек 1 Д«/о
Наблюд. Вычисл.
58 300 96 109 91,7 • 10-4 81,9 • 10“4 и
91 301 98 167 59,81 52,1, 13
119 300 100 221 45,2 39,2 13
150 181 298 292 101 106 279 351 35,91 . л 28,5 f 10 30»8 1 1Q—4 24,0 ш 14 16
209 289 109 415 24,1 20,1 17
249 280 115 507 19,7 15,5 21
К р а в к о в, проф. — „Глаз и его работав Медиздат.» Ленинград.
Майзе ль, С. О. — „Свет и зрение*, Гостехиздат., 1932 г. Москва.
Хаустец» Р. А. — „Свет и цвета", Госиздат., 1926 г. Ленинград.
Эдвин Эдсер,—„Учение о свете", изд. Кушнарева, 1906 г., Москва.
R. W. Wood.—„Physical Optics*—The Macmillan C°— 1928, New-
York.
Игнатовский, В. С.—„Элементарные основы теории оптических
приборов". Гостехиздат, 1933 г., Москва.
Fabry, Charles —„Levons de Photom6trie“ Paris, 1926.
Фабри, Шарль — „Общее введение в фотометрию" Гостехиздат.
1934 г., Москва.
„Количественный анализ дальновидения" — J. Н. Owen Harris „Tele-
vision*, May, 1929.
R Thun — „Физические границы качества изображения в дально-
видении" „Fernsehen" № 10, 1930
В. Thun—„Die Technische Grenzen der Bildgiite" — „Fernsehen"
№ 11—12— 1930.
Я. А. Рыфтин— WO четкости и качестве изображения в телевиде-
нии" Журн. техн, физ., т, III, вып. 2—3.
W- Н. We ns from — „Notes on Television Definitions" — Proc. Inst.
Bad. Dng. Vol. '21, № 9, 1933.
Engstrom - ,A Study of Television Image Characteristics" — Proc.
Inst. Bad. Eng Vol. 21, № 12 1933,
Gray, Ives, Horton — Статьи по теории дальновидения. Bel
Syst. Techn. Journal Oct. 1927.
J. Weinberger, T. Smith and G. R о d w i n — „The Selection of
standarts for commercial Radio-Television" - Proc. Inst. Rad. Eng. m Vol. 17.
№ 9, Sept. 1929.
Moller, B. — „Helligkeitsfragen der Fernsehesendern" — „Fernsehen"
№ 1 u. № 2, 1932
Ocoliscanyi. E. — „Ueber die Helligkeiten der Fernsehebilder"—
„Fernsehen", № 11—12, 1930.
Wiedemann, F. — „Ueber die Beziehung zwischen Bildpunktzahl.
Bildgrosse und Helligkeiten" — „Fernsehen", № 1, 1931.
Friedel, D; W. — „Die Lichtverhaltnisse bei Fernsehen-Empfangern mit
Nipkowscheibe und Glimmlappe* — „Fernsehen" № 4, 1930.
Busse, E. — „Die Linsenscheibe" — Fernsehen* № 2, 1932.
Ivan Bloch, E. E. — „Design of lens scanning systems for television",
Radio-Engineering, June, 1932.
Moller, R. — „Das Weillersche Spiegelrad" — „Fernsehen, № 2, 1931.
К а курин — „Система дальновидения". Сов. пат. № 17373.
Ocoliscanyi, F.—„Bildpunktzahl, Bildgrosse und Helligkeiten bei
Spiegelschraube* — „Fernsehen*, № 4 1931.
366
’ БИБЛИОГРАФИЯ
Moller, R. — „Die Spiegelschraube* — Funktechnisches Monatshefrt
№ 8, 1933.
Дежардэн Ж. — „Техника изготовления фотоэлементов*—Успехи
физич. наук., т. XI, вып. 2, стр. 331.
Москвин, А. В. — „Фотоэлементы" — Проб л. нов. физ., вып. XXL
Р о з и н г, Б, Л. — „Новейшие достижения в области теории и пра-
ктики фотоэлементов* Вест. ком. по дел. из. № 7, 1931.
Simon und Suhrmann — „Die lichtelektrische Zellen" — Berlin.
H. Ives —„Alkali metals photoelectric cells* Bell Syst. Techn. Journ.
April 1926.
Metcalf, G.—„Operating characteristics in photoelectric tubes" Proc.
Inst. Radio Eng. Nov. 1929.
Zworykin. W. К—„Photocell Theory and Practice" —Journal of the
Franklin Inst. July, 1931 № 1 Vol. 212.
Nickless, W. H. — „Manufacture of caesium silver-oxide photocells"—
„Electronics*, Aug. 1932.
Ko t о w s k i, P.— Photozellen Klirrfaktoren — Elektrot. Nachricht. Techn.
B. 11, Np 1, 1934.
Лукирский — „О фотоэффекте* — Успехи новой физики.
Ку р ч а т о в, И. — «Вентильные фотоэлементы" — Усп. физич. наук,
т. XII, в. 4 1932 г.
Лепешинская, В. Н. — „Меднозакисные фотоэлементы", Вести,
электротехники, № 11—12, 1932 г.
Лепешинская В. Н. — «Вентильные селеновые фотоэлементы"—
Журн. эксп. и теор. физики, вып. 5-6, т. 2.
„Вентильные селеновые фотоэлементы"— журн. эксп. и теор. физики,
вып. 5-6, т. 2.
Статьи по усилителям на сопротивлениях интересны следующих ав-
торов:
М. v. А г d е n n е - Zeitschrift fiir Hochfrequenztechnik. Т. 27, — Н. 2,—
S. 52 — 1925; Т. 27, Н. 2,- S. 50; Н. 6. S. 167.— 1926.
A- Forschman п — Zeitschrift fur Hochfrequenztechnik. Т. 28, Н. 5,.
S: 156, 1926.
М. v.-A rdenne—-Е. Т. Z. 48, Н. 2, S. 36 —1927.
В а г t е 1 s, Н. — «Ueber die Resonansentzerrung bei Wiederstands Ver-
star ken" E. N. T. B. 9, H. 1, 1932.
Lane, H. M. — „Resistance-capacitance coupled amplifier in television"
P. I. R. E. Apr. 1932.
Robinson, G. D.—«Theoretical notes on certain features of television
receiving circuits" P. Inst. Rad. Eng. June, 1934. Vol. 21, № 6.
Ba gaily—„On the stability of Resistance-capasity coupled amplifier"—
Experimental Wireless, Apr. 1934.
Krawinkel und Latib — Funktechnische Monatsheft, № 1, 1934
H u d e с, E.—„Die Abbildung beim Fernsehen". E. N. T. B. 8, H 6.,.
Juni 1931.
H u d e с, E.—„Zur Phisiologie des Fernsehens" E. N. T. B. 8, H 12.
Dez. 1931.
Irwin, T.—„Oscillographs".
Darrow, K. S.—„Electricity in Gazes*. Bell Sust. Techn. Journ. Jan.
1925.
Engel A. und Steenbeck, M. — „Elektrische Gasentladungen",
Berlin 1932.
Franck, Siegfried.— Messentladungstrecken, Berlin, 1931.
БИБЛИОГРАФИЯ
3G7
Lang uniit, I.—„Electric Discharges in Gas at low pressures". Journ.
of the Franklin Institute, Sert. 1932 r. Vol. 219 A# 3.
Dunningtou, F. D.—„Electrooptical Shutter*—Phus. Review, Oct.
1931 p. 1509.
Browne—„Multichannel Television", Journ. of the Electr. Eng. Ill,
1932.
В г о n к, O.— Многоклеточный экран, герм. пат. № 450454, 8.VII 1925.
Гуров, В. А — Система дальновидения, сов. пат. № 30723, 1926.
Walker, L. Е Q.—„Synchronisation in Television". The Marconi Re-
view, March- Apt. 1933.
M. v.-A r d e n n e.—„Kathodenstrahlenrohren" — Berlin, 1933 (Springer).
Альберт и.— Катодный осциллограф.
М. v.-Ardenne. Отдельные статьи о приеме дальновидения на ка-
тодную трубку в журнале „Fernsehen" за 1930 г. № 5, стр. 193—202; за
1931 г. № 2, стр. 65—80; за 1932 г. № 1, стр. 18—29.
Busse Е.—„Ueber Fernempfangversuche mit Braunsche Rohre" „Fern-
sehen" № 4, s. 252.
MichelssenF. und Kleen, W.—„Die Intensitatsteuerung gaskon-
zentrierter Elektronen-Strahlen*—Telefunken-Zeituug, № 61 Juli, 1932. S. 51.
Hudec, E.—„Die Helligkeitssteuerung von Braunschen Rohren"—E.NTT.
B. 9. H. 6, 1932.
Watson, E. E.—„Dispersion of an Electron Beam*. Phil. Mag. Apr.
1927 p. 849.
Briiche, E.—„Ueber die Grundlagen der geometrischen Elektronenop-
tik", Zeitschrift fur technische Physik, 1933 № 2, s. 49.
Knoll, M.—„Beitrag znr geometrischen Elektronen-optik", Ann. d. Phus.
1932 B. 12, H. 5 und H. 6.
Wendt, G.—.Potentialtheoretische Behandlung des Wehneltzylinders"
Ann. d. Phys. 1933 B. 17, H. 4.
Zworykin, V. K.—„On Electron Optics"— Journ. of the Franklin Inst.,
May, 1933.
Knoll, M.—„Elektrische Elektronenlinsen" Arch. f. Elektrotech. Jan № 1,
1934.
Busch, H.—„Ueber die Wirkungsweise der Konzentrierungsspule bei
der Braunsche Rdhre" — Arch. f. Elektrot. 1927 В. XVIII, p. 583.
Knoll M. und R u s z k a, E.—я Die magnetische Sammelspule fur schnelle
Elektronenstrahlen"— Zeitschrift f. Techn. Phys. № 8, 1931 8. 389-
Hudec, E.— Новый вид катодной трубки. Е. N. Т. 1933. В. 10 Н. 5.
М. v.-Ardenne — Уничтожение „креста" на растре. Р. I. Rad. Eng.
Apr. 1934.
Demontvignier et Touly — „Oscillographe cathodique" Bull,
de la Soc. Fr. des Elect. 1930, p. 506.
Hudec E.—„Erzwungene Kippschwingungen" Arch. f. Elektrot. B.
XXII, 1929.
Hudec E.—„De synchronlesierung von Fernsehe-empfangsapparaten*,
„Fernsehen" — № 1, 1931.
Schrdter, F.—„Die Braunsche Rdhre als Fernseher* — „Fernsehen*,
№ 1, 1930.
Friedel, W.—„Die Braunsche Rdhre als Fernsehesender" — „Fern-
sehen", — № 7, 1930.
Thun, R.—„Helligkeitsteurung und Liniensteuerung"—Fernsehen" № 3,
1931.
Friedel, W.—„Lichtspeicherung bei Fernsehegeraten4—„Fernsehen"
№ 2, 1932.
A rdenne, M. v.—„Die praktische Durchfiihrung der Thunchen Linien-
steuerung"— Fernsehen" № 4, 1932.
368
БИБЛИОГРАФИЯ
Зворыкин, В. К.—„Телевидение с катодными трубками"— ГТТИ
1934.
Engstrom Е. W. „Ап Experimental Television System", Р. I. R. Er
Dec. 1933.
Keil R. D.—„Description of Experimental Television transmitting Appa-
ratus", P. I. R. E. Jan. Dec. 1933.
Beers, G . L.,—„Description of Experimental Television Receivers",.
P. I. R. E. Dec. 1933.
Zworykin e, V. K-—»The Iconoscope" — ?. I. R. E. Jan. 1934.
Farnsworth e, P. T. and H. L ii b c ke —„The Transmission of Televi-
sion Images „Projection Eng. 1930. Vol. 2, №9, p. 21—23.
Farnsworth e, P.—„Electrical scanning system for television"—„Ra-
dio Industries". 1930, p. 387.
„Der Fernsehe-Zwischenfilmsender"— „Fernsehen" 1932 № 3.
Television in colour from motion picture film. Journ. of the Opt. Soc. of
America, 1931, vol. 21, Jan.
Television in colour by beam scanning methode — J. O. S. A, Yol. 20r
1930, Jan.
Neu burger, A.—„Farbiges Fernsehen" — „Fernsehen" 1930, № 2.
H. Ives—„А muli-channel television apparatus"—Bell Syst. Tech, Jour.
№ 1, 1931.
H. I v e s.— Two-ways television — Bell Syst. Techn. Journ. № 3, 1930.
Специальные книги, посвященные дальновидению.
Schroter, F.—„Handbuch der Bildtelegraphie und des Fernsehens"—
Berlin, 1933.
F r i e d e 1—„Electrische Fernsehen" (устарела).
Михали, Д.— Электрическое дальновидение и телегор. Изд. „Книга"
Ленинград (устарела).
J е n k i n s, С. F.-„Radio-Vision"— Washington, 1929 (собств. автора)
Гуров, В. А.—„Телевидение" (обзорная статья в техн.-энциклопедии}
Напечатаны библиографии:
Bibliography on television Electronics. 1932. Aug. p. 265.
„Телевидение" — Библиография за 1930-1933 гг. Гос. пуб. библио-
теки СССР.
Библиография составлена при любезном содействии библиотеки Цен-
тральной радиолаборатории в Ленинграде,
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие .....................
Стр*-
ЧАСТЬ I
ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДАЛЬНО-
ВИДЕНИЯ
1. Дальновидение как синтетическая наука.................... 5
2. Видение невооруженным глазом и дальновидение............. 6
3. Устройство и работа глаза...... . .................. 8
4. Разложение изображения на элементы...................... 17
4. Современные стандарты................................... 33
6. Зависимость визуальной яркост# от числа элементов изобра-
жения .................................................... 34
7. Зависимость мерцания от яркости изображения ........ 36
8. Общие выводы о разложении ИЕображения................... 37
9. Основные оптические единицы............................. 38
10. Примеры численных значений фотометрических величин . . . 42
ЧАСТЬ II
УСТРОЙСТВО И ОПТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕХАНИЗМОВ
РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
1. Развитие систем механического разложения изображения . . . 44
2. Диск Нипкова . . .............................. 47
3. Цилиндр и лента с отверстиями............................
4. Передающие устройства дальновидения................... • 65
5. Линзовый диск........................................... 84
6. Зеркальное колесо Вейлера................................ 99
7. Новые зеркальные системы разложения изображения .... 108
8. Умножение строк в системе Бартельми ......................Ю9
9. Система колеблющихся зеркал ...............................Ш
10. Система Михали..........................................
11. Зеркальный винт ................................... . . . ИЗ
12. Общая сводка основных формул механического разложения
изображения ,...............................................
370
ЧАСТЬ III
ТРАНСФОРМАЦИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
1. Фотоэлементы н их работа дальновидения.............121
2. Фотоэлементы внешнего фотоэффекта................... —
3. Другие типы фотоэлементов........................ 137
4. Фотоэлементы внутреннего фотоэффекта...............138
ЧАСТЬ IV
УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
1. Работа фотоусилителей и входной цепи фотоэлемента..142
2. Оптический анализ сигналов дальновидения...........147
3. Усилитель сигналов дальновидения................. • 158
ЧАСТЬ V
< ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Ж В СВЕТОВЫЕ
• 1. Модуляторы света для приема дальновидения..... 173
2. Применение свечения газов в высокочастотных лампах .... 175
3. Световые реле......................................191
4. Теория и устройство камеры Керра...................193
5. Модулятор света с пьезокварцевым резонатором.......199
6. Многоклеточный экран с камерами Керра..............201
7. Принцип удержанияс ветовых импульсов на время одного кадра 202
(
ЧАСТЬ VI
СИНХРОНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
Синхронизация механизмов разложения изображения......208
ЧАСТЬ VII
ДАЛЬНОВИДЕНИЕ С КАТОДНЫМИ ТРУБКАМИ
1. Основные принципы катодного дальновидения..........227
2. Осциллографическая трубка Брауна ............. 230
3. Формирование электронного луча в разреженном газе.232
4. Отклонение электронного луча электрическим полем..240
5. Отклонение электронного луча магнитным полем.......250
6. Люменнсцирующие экраны катодных трубок.............257
7. Образование катодного луча в чистом вакууме........260
8. Электронный луч в свободном пространстве .......... —
9. Естественное расхождение пучка электронных лучей ..... 261
371
Стр.
10. Понятие о коэфициенте преломления -электронных лучей . . 266
12. Электроннооптические системы •—
13. Устройство вакуумной катодной трубки......................272
14. Катодная трубка системы Кнолля ......................... 273
15. Катодная трубка системы д-ра Зворыкина....................279
16. Вакуумная трубка системы инж. Полевого (завод „Светлана*) • 280
17. Электроннооптическая система Брюхе........................281
18. Концентрация электронных лучей магнитным полем...........284
19. Особенности трубок с магнитной фокусировкой...............288
20. Концентрация лучей большой мощности.......................289
21. Разложение изображения в катодном дальновидении...........291
22. Генерирование пилообразных импульсов......................292
23. Синхронизация релаксационных колебаний .......... 295
24. Практические схемы разложения изображения.............. . 298
25. Условия катодного приема дальновидения................... 304
26. Передающие устройства катодного дальновидения.............310
27. Телекинопередатчик системы М. фон-Арденне ........ 311
28. Система телекинопередачи Коссор...........................319
29. Катодные передатчики прямого видения......................325
30. Катодный передатчик системы д-ра В. К. Зворыкина.........330
31. Общие замечания о катодном дальновидении..................342
ЧАСТЬ VIII
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ДАЛЬНОВИДЕНИЯ
1. Дальновидение с предварительной с'емкой на кинопленку . . 343
2. Дальновидение в естественных цветах..................345
3. Дальновидение с подразделением изображения и дуплексное . 347
4. Телекинопередатчник цветного кино....................351
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Таблицы.......................................... * • 356
2. Библиография....................................... 365
К ЧИТАТЕЛЯМ
Отзывы об этой книге просим
направлять по адресу:
Москва, центр, Петровка, 12,
Государственному издатель-
ству по вопросам радио
Цена 7 р. 50 к.
\
, • V.
V
Переплет 1 р. 50 к.
A j
й
1 v ,
J
Л Склад изданий:
Москва, Оружейный пер. 39