Василий Борисов - Владимир Козьмич Зворыкин
Рис. 12. Передающая трубка со схемой по заявке В.К. Зворыкина 1925 года
Передающие трубки такого типа были изготовлены несколько лет назад и подтвердили правильность основной идеи. В последующие годы эта разработка продолжалась в научно-исследователь- ских лабораториях фирмы "Westinghouse Electric and Manufacturing Co.", в Восточном Питтсбурге.Один из первых успешных экспериментов по приему изображения на электронно-лучевую трубку с использованием в качестве передатчика механического гальванометра был проведен в 1929 г.[18], и его результаты были доложены на собрании Института радиоинженеров в Рочестере в ноябре 1929 г. На следующий год эта работа была передана лабораториям фирмы "RCA Victor Co.", г. Камден, где продолжалась разработка системы на основе электронно-лучевой трубки для приема изображения, сканируемого с помощью диска. Данные исследования описаны в серии статей, опубликованных в журнале "Proceedings of the IRE".
Тем временем продолжалась разработка и передающей трубки, и вскоре полученные результаты стали превосходить результаты механического сканирования, которое в конце было полностью заменено новой трубкой, названной иконоскопом (от греческих слов "икон" - изображение и "скоп" - наблюдение).
Для того чтобы уяснить принцип действия иконоскопа, лучше всего рассмотреть схему одиночного фотоэлектрического элемента мозаики, показанную на рис. 13. Буквой Р здесь обозначен сам фотоэлемент, а С- емкость по отношению к общей пластине всех элементов, которую мы будем называть "сигнальной пластиной". Всю электрическую цепь можно проследить, начиная от катода Рс к емкости С, сопротивлению /?, источнику электродвижущей силы В и кончая анодом Ра. Когда свет от спроецированного изображения падает на мозаику, каждый элемент Рс эмитирует электроны, и в результате конденсатор С положительно заряжается от энергии света, причем величина заряда зависит от интенсивности освещения. При попадании электронного луча, сканирующего мозаику, на данный элемент РсС этот элемент захватывает электроны из пучка и, можно сказать, разряжается.
Разряжающий ток от каждого элемента пропорционален положительному заряду последнего и, следовательно, пропорционален интенсивности света, падающего на этот элемент. С помощью электрической схемы ток разрядки затем преобразуется в напряжение сигнала на выходном сопротивлении R.
Если представить графически рост заряда на элементе РсС с течением времени (рис. 14), то можно увидеть, что за счет света от изображения потенциал непрерывно растет. Крутизна этого роста dv/dt зависит лишь от яркости точки изображения, освещающей данный элемент. Линейность характеристики сохраняется до момента насыщения емкости С, величина которой выбирается такой, чтобы при заданной частоте повторения разрядов N насыщение никогда не наступало. Поскольку частота развертки постоянна, интервал времени t = 1/N также постоянен, поэтому величина заряда зависит лишь от яркости данной конкретной точки изображения. При постоянной интенсивности сканирующего пучка импульс тока, текущего через сопротивление /?, и, следовательно, падение напряжения Vx на этом сопротивлении также пропорциональны яркости данной точки изображения. Потенциал V{, являющийся выходным сигналом каждого отдельного фотоэлемента иконоскопа, поступает затем на усилитель.
Рис. 13. Воздействие света на элемент иконоскопа
Рис. 14. Зависимость между повышением заряда элемента и временем
Рис. 15. Схема развертки изображения с помощью диска
Однако на деле ситуация несколько сложнее, поскольку разряжающий электронный пучок не только нейтрализует положительный заряд на фотоэлементе, но и заряжает его отрицательно. Результирующий равновесный потенциал фотоэлемента определяется скоростью электронного пучка и вторичной эмиссией фотоэмиссионного слоя под воздействием бомбардировки электронами этого пучка. Равновесное условие в темноте для типичного иконоскопа выполняется при отрицательном потенциале от 0,5 до 1,0 вольта. Свет вызывает накопление на элементе положительного заряда, снижая нормально отрицательный заряд, а сканирующий пучок вновь возвращает потенциал к равновесному значению.
Ситуация еще более усложняется из-за наличия (помимо импульсов разрядки) заряжающего тока всей мозаики, обусловленного светом. Этот ток постоянен при неподвижном изображении и меняется, если все изображение целиком (или его часть) начинает перемещаться по мозаике. Такое перемещение, однако, происходит медленно и не оказывает влияния на усилитель, имеющий частоту среза ниже 20 циклов.
Чтобы сопоставить при идентичных условиях величины выходных сигналов рассматриваемой системы и общепринятой телевизионной системы с перфорированным диском, необходимо написать уравнение для выходного сигнала иконоскопа и обычной механической системы. Типичная схема аппаратуры с механической разверткой изображена на рис. 15.
Выходное напряжение фотоэлемента, измеренное на сопротивлении R, для дискового сканера равно:
где L - световой поток, соответствующий изображению в целом, S - чувствительность фотоэлемента, п - число элементов изображения, R - входное сопротивление.
Определяя время, требуемое для формирования сигнала изображения, необходимо учитывать следующее условие: постоянная времени GR входной цепи (С - емкость фотоэлемента и связанных с ним цепей по отношению к заземлению) не должна превышать время сканирования элемента изображения 1/Nn, , где N - число кадров изображения в секунду, т.е.
откуда
Подставив этот результат в уравнение для выходного напряжения фотоэлемента, получим
Отсюда видно, что выходное напряжение обратно пропорционально квадрату числа элементов изображения.
Величина заряда на одном элементе изображения в иконоскопе приблизительно равна
где t - время, в течение которого свет падает на один элемент, примерно равное
Выходное напряжение иконоскопа
где Сх - полная входная емкость иконоскопа и связанных с ним цепей по отношению к заземлению, или
Требование равномерности, которое на первый взгляд представляется трудно выполнимым на практике, удовлетворяется благодаря естественному явлению. Известно, что такой обычный материал, как слюда, может расщепляться на тонкие пластинки, практически идеально равномерные по толщине, благодаря чему она служит прекрасным изоляционным материалом для мозаики. Сигнальная пластина изготавливается путем нанесения металлического покрытия на одну сторону слюдяной пластинки. Сама мозаика может быть изготовлена множеством способов, простейший из которых - непосредственное вакуумное напыление слоя фотоэлектрического металла на поверхность слюды. Если напыленная пленка очень тонка, то она оказывается не сплошной, а состоящей из множества мелких пятнышек, или глобул, распределенных весьма равномерно и изолированных друг от друга. Еще один возможный метод изготовления мозаики - гравировка сплошной металлической пленки с помощью гравировальной машины.
