ОПТИЧЕСКОЕ ДАЛЬНОВИДЕНИЕ
Примером использования оптики для передачи отраженного света является Фаросский маяк, одно из семи чудес древнего мира [2]. Он вызывал восхищение современников и потомков наравне с египетскими пирамидами, висячими садами Вавилона, храмом Артемиды Эфесской, Галикарнасским мавзолеем, статуями Зевса Олимпийского и Колосса Родосского.
Маяк был построен в 287 году до нашей эры на острове Фа-росе перед основанным Александром Македонским городом Александрией. Он представлял собой башню высотой 120 метров. Ночью на башне зажигали огонь, свет которого отражался металлическими зеркалами и был издалека виден мореплавателям. В светлое время суток маяк служил наблюдательным пунктом. Благодаря остроумной системе зеркал стража маяка могла, не поднимаясь на его вершину, вести наблюдение за морским пространством и обнаруживать корабли раньше, чем они появятся на видимой снизу линии горизонта.
Время сильно разрушило эту постройку. Но память об изобретательности и таланте античных мастеров сохранилась в произведениях поэтов и историков. Сам архитектор позаботился о сохранении своего имени и на мраморной стене маяка высек следующую надпись: «Сострат, сын Дексифана из Книда, посвятил богам-спасителям ради мореходов». Мраморную стену мастер закрыл тонким слоем штукатурки, на которой написал имя Птолемея Сотера, правившего в то время Египтом. По-видимому, мастер рассчитывал, что со временем непрочная штукатурка осыплется и люди узнают его имя. Этот расчет оправдался, и книдянин Сострат вошел в историю как создатель одного из семи чудес древнего мира.
Оригинальным изобретением оптиков Средневековья была так называемая камера-обскура, упоминание о которой встречается в трудах арабского ученого Альхазена. (Как теперь выяснилось, камерой-обскурой пользовались в Китае еще в IV веке до нашей эры. Однако этот факт оставался неизвестным в истории науки почти до самого последнего времени [3].)
Камера представляла собой полый ящик с крошечным отверстием в передней стенке. Лучи отраженного света, проходящие через это отверстие, давали на противоположной стенке перевернутое изображение предметов, находящихся перед отверстием. На принципе камеры-обскуры основаны конструкции дешевых безлинзовых фотоаппаратов, которые в 20-е годы предлагались у нас для детского технического творчества. В средние века камера-обскура использовалась для забав и развлечений. Научное ее значение, как отметил академик С. И. Вавилов, заключалось в том, что она позволяла получить изображение вне человеческого глаза. «До камеры изображение знали только в глазу и на картинках, создаваемых рукой человека. Камера решительно отделила свет от зрения, в этом ее историческая теоретико-познавательная роль» [3].
В конце XIII века в Италии, а затем и в других странах Европы появились очки — первый довольно распространенный оптический прибор, исправлявший зрение людей, страдающих близорукостью или дальнозоркостью. Хотя стеклянные линзы были известны физикам Средневековья, понадобилось 250 лет для того, чтобы создать очки, а потом еще столько же, чтобы вооружить камеру-обскуру собирающей линзой и получать с ее помощью изображения. Описание камеры с линзой дал в книге «Натуральная магия» итальянец Д. Б. Порта в 1558 году, когда человечество уже перешагнуло в следующий период своей истории — эпоху Возрождения [4].
Переворот в практическом приложении оптики произвела зрительная труба, изобретенная в начале XVII века в Нидерландах. Этот оптический инструмент, приближающий удаленные предметы во много раз, нашел широкое применение в мореплавании и военном деле.
В 1609 году, услышав об изобретении зрительной трубы, Галилео Галилей разработал на ее основе первый телескоп, с помощью которого сделал ряд замечательных астрономических открытий, а 7 января 1610 года им были обнаружены спутники Юпитера. Позже Галилеем был также рассчитан и сконструирован микроскоп, позволивший проникнуть в тайны живого микромира.
Середина второй половины XVII столетия отмечена знаменитыми оптическими исследованиями Исаака Ньютона, во время которых он пропустил луч солнечного света через трехгранную призму и увидел на белом экране спектр всех цветов радуги. Оптическая установка, построенная Ньютоном, позволяла производить обратное сложение цветов и получать, по его выражению, «наиболее удивительную и чудесную смесь цветов — белый цвет».
В середине следующего, XVIII столетия Михаил Васильевич Ломоносов в соответствии со своими взглядами на природу света выдвинул гипотезу о существовании трех сортов частиц светоносного эфира, «коловратное» (то есть колебательное) движение каждого из которых производит зрительное ощущение определенного цвета: красного, желтого или голубого. Их комбинации создают впечатление всех остальных цветов. Это суждение Ломоносова содержало в себе зачатки трехкомпонентной теории цветовосприятия, сыгравшей впоследствии значительную роль в разработке идей цветного телевидения [5].
Гипотеза Ломоносова нашла блестящее подтверждение в опытах английского ученого Томаса Юнга. В 1802 году Юнг сделал предположение, что в глазу человека имеются три типа реагирующих на свет приемников, каждый из которых чувствителен соответственно к красной, синей и зеленой областям спектра. До этого Юнг проделал следующие опыты. Он взял три проектора и направил исходящий из них свет на общий экран. Поместив на пути каждого луча цветной светофильтр, он получал на экране самые разнообразные цвета. При этом он обнаружил, что, смешивая красный, синий и зеленый цвета, можно получить практически все известные цветовые оттенки. Определенная пропорция смеси указанных трех цветов позволяла получить белый цвет.
Спустя полстолетия после опытов Юнга немецкий биолог и физик Г. Гельмгольц внес свой вклад в объяснение цветового зрения. К тому времени было достаточно хорошо изучено строение сетчатки глаза, состоящей из палочек и колбочек, и установлено, что дальтонизм, то есть болезнь зрения, заключающаяся в неразличении цветов, свойственна человеку, глаза которого имеют сетчатку, состоящую только из палочек. Наоборот, глаз, сетчатка которого содержит только колбочки, цвета различает очень хорошо. Гельмгольц предположил наличие трех разных типов колбочек, которые возбуждаются падающим на них светом в разной степени в зависимости от его спектрального состава. Сигналы от колбочек трех типов, складываясь в мозгу, создают ощущение всех цветов [6].
Разработка теоретических вопросов цветового зрения оказала воздействие на возникновение цветной полиграфии и фотографии.
Исследования оптических явлений и конструирование оптических приборов проводились многими учеными на протяжении столетий. Их подробное описание является предметом истории оптики. Нам важно отметить, что к середине XIX века уровень развития оптики не сдерживал разработку телевизионных систем как черно-белого, так и цветного телевидения.
В то же время общественная потребность в передаче информации на большие расстояния в XIX веке еще более возросла. В результате бурного развития промышленности, морского и железнодорожного транспорта, стремительного роста международной торговли стала актуальной проблема быстрой и надежной связи.
Возрождается оптический телеграф, зачатки которого в виде передачи условных сигналов дымовыми кострами существовали в эпоху осады Трои, а может быть, еще раньше. Французскому инженеру Клоду Шаппу удалось сконструировать систему оптической передачи телеграмм по буквам. Это довольно сложное сооружение содержало на 225-километровой линии Париж—Лилль, построенной в 1794 году, 22 промежуточных приемопередающих пункта, а скорость передачи одного знака составляла около 2 минут. Линия оптического телеграфа в России между Петербургом и Варшавой (1200 км), введенная в 1838 году, состояла из 150 промежуточных станций [7].
Попытки усовершенствования оптического телеграфа (одна из них принадлежала И. П. Кулибину) не дали ощутимых результатов. Не помогло и применение подзорных труб на промежуточных станциях. Оптический телеграф и оптическое дальновидение имели существенный недостаток. Дело в том, что особенности распространения света в однородной среде позволяют вести наблюдение с помощью оптических приборов только в условиях прямой видимости при отсутствии естественных или искусственных преград (холмов, зданий, дыма, тумана и т. д.).
В свое время оптика щедро питала творческую мысль о дальновидении и способствовала созданию приборов, помогающих преодолеть ограничения человеческого зрения. Но к XIX веку она в этом смысле полностью себя исчерпала. К счастью, уже наступил век электричества и ученым стало ясно, что именно электричество является наилучшим переносчиком информации. Но тем не менее оптические приборы играют важную роль в работе телевизионной аппаратуры, поскольку до передачи изображения телевизионными средствами его надо спроецировать на светочувствительный элемент с помощью геометрической оптики. Правда, в самых первых технических проектах электрической передачи изображений обходились без применения объективов и фотоэлементов.
По материалам книги В.А.Урвалова «Очерки истории телевидения»
