В развитии передающей системы электронного ТВ 1931-й год оказался переломным. Потратив немало лет на совершенствование передающей трубки с двусторонней мишенью, Зворыкин пришел к новой идее: сканировать электронным лучом непосредственно ту сторону мишени, на которую проецируется видимое изображение. В июне 1931 г. руководимая им группа принялась за решение вопросов, связанных с разработкой такой трубки.
Проблем при конструировании прибора с односторонней мишенью оказалось немало. Получаемый сигнал был нестабильным и искаженным, порой казалось, что добиться надежного преобразования светового изображения в импульсы тока невозможно. Однако к тому времени в работе над электронным телевидением у Зворыкина сложилась отличная команда квалифицированных помощников. В период 1931-1933 гг. эта группа - Сэнфорд Иссиг, Лесли Флори, Рэндалл Бэллард, Харли Иамс, Григорий Оглоблинский, Артур Вэнс - работала с большим творческим подъемом. Постепенно все проблемы одна за другой решались; к 1933 г. появилась уверенность в том, что созданная конструкция должна стать основой для передающей трубки широкого применения.
Трубке с односторонней мишенью Зворыкин дал название "иконоскоп", от греческого слова eixaew - видеть. Принципиальная схема иконоскопа показана на рис. 7. Изображение 12 проецируется через объектив 35 на фоточувствительный слой (мозаику) сигнальной пластины 11 Мозаика фотоэлементов сканируется (обегается) электронным лучом 16, создаваемым электронной пушкой 19 и управляемым отклоняющими катушками 17. Под действием потока электронов миниатюрные конденсаторы мишени один за другим разряжаются, создавая последовательные импульсы видеосигнала, поступающие через усилитель к передатчику и далее в эфир. Так же как и кинескоп, иконоскоп является высоковакуумным прибором.
Создание так называемой мозаики фотоэлементов, которая представляет собой фоточувствительный узел прибора, оказалось сложной технологической проблемой. В первых трубках Зворыкина для изготовления мишени использовалась технология напыления в вакууме слоя щелочного металла непосредственно на поверхность слюды. При малых толщинах пленка оказывается состоящей из множества мелких частиц (глобул), выполняющих роль миниатюрных фотоэлементов. Однако стабильное получение требуемой мозаики щелочного металла было проблематичным, поэтому применялась также технология разделения сплошной пленки на изолированные элементы с помощью гравировальной машины.
Рис. 7. Схема первой телевизионной трубки В.К. Зворыкина с односторонней мишенью. Патентная заявка. 1931 г.
В конце 1931 г. важным достижением специалистов "RCA-Victor" стала разработка новой технологии изготовления высококачественного фоточувствительного слоя на мишени иконоскопа. При этой технологии, разработанной сотрудником химического отдела С. Иссигом [18], на поверхность слюды наносился тонкий слой серебра. "Сэндвич" прогревался при высокой температуре, в результате чего пленка разделялась на большое количество мелких серебряных глобул. Застывшие микрокапельки серебра покрывались (сенсибилизировались) слоем цезия. На каждом квадратном сантиметре мишени образовывались таким образом десятки тысяч изолированных высокочувствительных фотоэлементов. Диаметр пятна электронного луча, коммутирующего фоточувствительный слой, оказывался значительно больше размера отдельного элемента мозаики (см. рис. 8). Получавшееся усреднение удельной чувствительности и емкости элементов, попавших в пятно, способствовало повышению стабильности сигналов, генерируемых при прохождении электронного луча.
Чтобы обеспечить необходимую величину сигналов, создаваемых разрядкой миниатюрных фотоэлементов, Зворыкину пришлось решить задачу, казавшуюся на начальном этапе развития телевидения непреодолимой. Для получения на экране изображения хорошего качества необходимо, чтобы электронный луч обежал (сделал развертку) передаваемую картинку по многим точкам (при малом числе сканируемых точек изображение будет размытым). При создании иконоскопа Зворыкин принял, что число сканируемых точек должно составлять около 70 ООО. Если при этом передача изображения идет со скоростью 20 кадров в секунду, получалось, что время выработки сигнала каждой точкой мозаичной мишени не превышает миллионной доли секунды (1/14 ООО ООО с). Создаваемый при этом фототок составлял 10-тимиллиардные доли ампера. Электрический заряд, образующийся в отдельных точках мозаичной мишени в результате действия такого тока, аналогичен заряду всего лишь нескольких десятков электронов. Улавливание и усиление столь малых энергий для их передачи представлялось технически нереализуемой задачей.
Зворыкин решил задачу усиления столь малых токов, используя разработанный к тому времени принцип накопления зарядов. Металлический слой сигнальной пластины играл для миниатюрных фотоэлементов роль обкладки конденсатора. При попадании света на мозаику каждый элемент эмитирует электроны, накапливая емкость по отношению к металлической пластине. За время развертки луча заряд элемента растет, причем скорость этого роста прямо пропорциональна яркости точки изображения, освещающей данный элемент. Свет от передаваемого объекта преобразуется на миниатюрных конденсаторах в потенциальный рельеф, обеспечивающий, благодаря использованию принципа накопления, видеосигнал требуемого уровня.
Рис. 8. Глобулы фоточувствительной мишени. S - пятно сканирующего электронного луча
В середине 1931 г. были изготовлены первые образцы иконоскопа. Испытания этих образцов дали хорошие результаты, что позволило группе Зворыкина приступить к разработке новой системы телевидения в целом. В июле 1931 г. был подготовлен проект передающей камеры с иконоскопом и электронным видоискателем. Разработанный двумя годами раньше кинескоп Зворыкина создавал изображение большой яркости. В связи с этим к июлю 1931 г. Р. Бэллардом была разработана чересстрочная развертка, устраняющая мерцание яркости и позволившая сократить полосу частот канала передачи сигнала [19].
Схема устройства телевизионной передающей камеры с иконоскопом. Рисунок из рабочего журнала В.К. Зворыкина, сделанный 13 июля 1931 г.
После испытаний новой системы ТВ, проведенных в Камдене, телепередающая станция мощностью 2,5 кВт была установлена на самом высоком здании Нью-Йорка - Эмпайр Стейт Билдинг. Опытная телетрансляция с помощью этой станции началась в 1932 г. Завод компании RCA осваивает выпуск телевизоров с кинескопом Зворыкина. Установив такой телевизор в Нью-Йорке или его окрестностях в радиусе до 100 км, можно принимать передачи опытной станции.
Группа сотрудников лаборатории электроники "RCA-Victor", среди них: Иссиг (1-й слева), Зворыкин (6-й), Пейнтер (12-й), Вэнс (14-й), Флори (15-й), Вольф (21-й), Иамс (30-й). Камден. 1932 г.
Дальнейшему развертыванию производства телеаппаратуры препятствует продолжающаяся экономическая депрессия, задержавшая начало эры массового телевидения в США примерно на семь лет.
Будучи автором фундаментального достижения в области электронного телевидения, получить полноценный патент на изобретение иконоскопа В.К. Зворыкин все же не смог. Изображенная на рис. 7 схема иконоскопа взята из описания полученного им патента "Метод и аппарат для передачи изображений объекта" с приоритетом от 13 ноября 1931 г. [20]. Предметом изобретения, как определил его в данном патенте В.К. Зворыкин, является устройство для наблюдения биологических объектов в ультрафиолетовых лучах. Вполне вероятно, что запатентовать иконоскоп в полном объеме В.К. Зворыкину помешало изобретение венгерского инженера К. Тиханьи, подавшего заявку в патентное ведомство США в середине 1929 г. В патенте К. Тиханьи описана передающая трубка, во многом схожая с иконоскопом, но не столь технически проработанная [21].
Иконоскоп получил высокую оценку в советской печати. В частности, С.И. Катаев, горячий сторонник электронных методов в телевидении, писал: «Решительного пункта развитие электронно-лучевых приборов достигло в 1933 г., когда д-р Зворыкин выступил с опубликованием работ по телевидению, ведущихся до этого в течение нескольких лет в лаборатории "Радиокорпорации" в США. Этой лаборатории, руководимой Зворыкиным, удалось построить... электронный передатчик телевидения, основанный на совершенно оригинальном принципе, позволивший передавать изображение со значительно большей четкостью, чем лучшие передатчики с диском Нипкова... С этого времени вопрос о том, какое из двух направлений в развитии телевидения следует считать решающим - механическое или электронное, - перестал быть темой дискуссии» [22].
26 июня 1933 г. Зворыкин выступил на годичной конференции Американского общества радиоинженеров с докладом "Иконоскоп - современный вариант электрического глаза". В выступлении изобретатель подвел итог своей многолетней работы над передающей телевизионной трубкой, раскрыв, наконец, технические секреты, до тех пор не публиковавшиеся в печати [23].
Присутствующим в аудитории специалистам в области радиоэлектроники стало ясно, что этому скромному, не очень хорошо говорящему по-английски человеку удалось сделать то, чего не могли достичь другие высококлассные исследователи. Иконоскоп Зворыкина открыл новую эру в развитии радиоэлектроники, предоставив обществу средство коммуникации, о котором многие поколения людей могли лишь мечтать.