Полезные заметки/Сложная устаревшая технология/Устройства отображения информации

Сейчас в этой области безраздельно властвуют две технологии — светодиоды и жидкие кристаллы, и два способа компоновки — сегменты и матрицы. Они дёшевы, эффективны, технологичны, производятся в огромных количествах и покрывают весь спектр применений, от простейших «показометров» до огромных цветных экранов размером со стену концертного зала. Однако так было не всегда. За последние полторы сотни лет человечество успело попользоваться множеством электрических и электромеханических устройств отображения информации, работающих на самых разных принципах, иногда весьма нетривиальных.

Электронно-лучевые приборы

Великое множество разнообразных устройств, основанных на создании потоков разогнанных электронов и управлении ими с высокой точностью магнитными и электрическими полями. Оказалось, что у этой технологии удивительно много практических применений, начиная со съёмки и отображения видео и заканчивая производством микросхем, 3D-печатью и созданием микроскопов, в которые можно рассматривать отдельные молекулы. Сейчас некоторые ветви этого технологического дерева изрядно усохли, другие же вполне себе зеленеют. Вот о первых и поговорим.

Принимающие электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), более известные как кинескопы

Тотально доминировали в области отрисовки динамических изображений около ста лет, а потом, чуть более чем за десятилетие, потерпели сокрушительное поражение от жидкокристаллических матриц и отправились на свалку истории. Именно появление ЭЛТ, приёмных и передающих (о которых чуть позже), позволило телевидению превратиться из забавной научной игрушки для радиолюбителей и энтузиастов в ведущее медиа второй половины XX века.

Немного истории

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Чем-то таким Крукс и занимался, только на ютуб не выкладывал

• Начнём, пожалуй, с трубки Крукса, созданной в 1879 году для экспериментов с катодными лучами. Открыли их за два десятка лет до этого, но Крукс запихнул излучатель в длинную стеклянную колбу, откачал из неё воздух и начал систематически ставить опыты. Среди прочего выяснилось, что некоторые вещества (люминофоры) под действием катодных лучей начинают светиться, а сами лучи можно отклонять магнитом и электрическим полем. Это пока ещё было не устройство отображения, а экспериментальный стенд, но из полученных на нём данных родились ЭЛТ во всём их разнообразии.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) История трубки Брауна

• К 1897 году Карл Браун предложил использовать для визуализации некоторых физических процессов (например, колебаний электрического тока) устройство на базе трубки Крукса, в котором катодные лучи, отклоняемые электрическим полем, рисовали на пластинке, покрытой люминофором, как пером на бумаге. Оно оказалось крайне удачным, и успешно проработало в этом качестве более сотни лет под названием «w:осциллографическая трубка».
• В первом десятилетии XX века начались попытки использовать тот же принцип для вывода изображений. Под это дело трубка Брауна была изрядно усовершенствована — добавили подогрев катода и электромагнитную отклоняющую систему, появился w:цилиндр Венельта — этакая электромагнитная диафрагма, регулирующая «яркость» электронного луча. Где-то с этого момента становится в целом бессмысленно выделять конкретных разработчиков — над этими усовершенствованиями работали десятки отдельных учёных и научных коллективов. В 30-х появился собственно термин «кинескоп», изначально это была торговая марка ЭЛТ от компании RCA.
• Дальше происходило ещё много чего. На действительно эпичную веху тянет, пожалуй, разработка цветных кинескопов, в которых на переднюю стенку вместо одного типа люминофора наносилось три (красные, синие и зелёные), а для их засветки, соответственно, использовались три независимые электронные пушки. Чтобы они при этом не подсвечивали соседние субпиксели, поверх слоя люминофора накладывали специальную металлическую сетку — теневую маску, изолирующую их друг от друга. Ну а кроме этого росла мощность отклоняющей системы (максимальный угол отклонения луча вырос с 50^о на заре кинескопостроения до 120^о на закате), пробовались разные варианты компоновки электронных пушек, масок и ионных ловушек и т. д.

Проблемы кинескопов

Несмотря на все вышеперечисленные достижения, у кинескопов был целый ряд неустранимых недостатков, которые привели к их стремительному падению после появления вразумительной альтернативы.

• Размер — несмотря на все ухищрения и достижения в управлении электронными пучками (а их было действительно много), электронную пушку всё равно приходилось отодвигать достаточно далеко от слоя люминофора. В результате кинескопы хотя и заметно «сплющились» со времён Крукса и Брауна, но всё равно оставались массивными вытянутыми колбами, диктовавшими размер и форму устройств, в которые их устанавливали.
• Масса — следствие ещё двух проблем:
  • Кинескоп, вообще говоря — здоровенная банка с вакуумом, на стенки которой давит атмосфера. И давит нехило — на экран семнадцатидюймового кинескопа приходится нагрузка около восьмисот килограммов. И противостоит этому давлению только прочность материала стенок, ничем изнутри не подпёртого. Поэтому их приходится делать толстыми. А при их разрушении высвобождающееся механическое напряжение может хорошенько разбросать осколки, и инженерам пришлось выдумать немало ухищрений, чтобы те не полетели в лицо сидящему у экрана пользователю. Тут и стальные взрывозащитные бандажи, и толстое укреплённое переднее стекло. Весила вся эта красота немало.
  • Радиация. Бьющие в люминофор электроны рождают не только видимый свет, но и мягкое рентгеновское излучение. Часть этого излучения поглощается стеклом, часть воздухом, часть не поглотившегося задерживается верхними слоями кожи, но если сидеть за ЭЛТ-монитором годами, то это, возможно, повлияет на здоровье. Наверное. Как-то. Во всяком случае, опасений оказалось достаточно, чтобы начать приделывать к кинескопам толстые пластины свинцового стекла. Безопасность выросла, масса тоже.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Процесс отрисовки изображения на ЭЛТ

• Масштабируемость вверх и вниз. Приличный цветной кинескоп с диагональю как у экрана современной мобилы — настоящее произведение инженерного искусства, и при этом всё равно одна из самых больших и тяжёлых деталей компактных устройств наподобие карманных телевизоров и старых ноутбуков. С масштабированием вверх тоже всё было не слава богу. При увеличении диагонали приходилось отодвигать электронную пушку дальше, вытягивая колбу, с увеличением размера росла механическая нагрузка на стенки, приходилось наращивать их толщину… В начале 00-х двадцатидюймовый ЭЛТ-монитор считался дорогим профессиональным решением и весил 20+ килограммов. Из-за этого для получения действительно больших экранов приходилось идти на технические ухищрения, многие из которых тоже попали в эту статью.
• Мерцание. Изображение на ЭЛТ отрисовывается по одному пикселю — электронный пучок зажигает точку на люминофоре и убегает дальше, а зажжённая точка постепенно гаснет, окончательно угасая задолго до того, как пучок добежит до конца экрана. Происходит это несколько десятков раз в секунду, так что, теоретически, глазом восприниматься не должно. На практике же, если частота перерисовки экрана ниже определённого предела (60-70 обновлений в секунду, что было достигнуто далеко не сразу), это ещё как заметно, и сильно нагружает глаза.
• Энергопотребление — электронная пушка, достаточно мощная, чтобы давать яркую картинку, и магнитная система, способная эффективно рулить такими потоками частиц, весьма прожорливы.

Разные необычные ЭЛТ

• ЭЛТ для электростатической печати — вместо стекла с люминофором, в передней части трубки была матрица из проводящих элементов, через которую электронный луч заряжал отрицательно участки бумажного листа, к которым потом прилипали положительно заряженные чернила. Использовались в 60-х.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Подробное видео про трубки Нимо

• Знакопечатающие ЭЛТ (характроны). В своё время задача вывода текста на ЭЛТ была весьма непростой. Точнее, снять на камеру распечатанную страницу и передать на телевизор проблемой не было. Сложно было вывести информацию, пришедшую в текстовом виде (например, по телеграфу или от ЭВМ). Можно было отрисовывать буквы, непосредственно управляя движением электронного луча, но аналоговые схемы-знакогенераторы на дискретных элементах, способные на такой фокус, весили десятки килограммов и состояли из многих сотен деталей. Поэтому придумали обходное решение. В характроне было целых три отклоняющих системы, причём между первой и второй стояла металлическая пластинка-трафарет с прорезями в виде букв. Первая отклоняющая система наводила электронный пучок на нужную букву, вторая фокусировала его после прохождения через трафарет, а третья направляла на нужный участок экрана. Использовались, среди прочего, для распечатывания текстовой информации с ранних ЭВМ на фотобумаге и микроплёнке.
  • Трубка Нимо — заметно упрощённый и значительно более компактный аналог, предназначенный для вывода всего одного знакоместа. Обычно из них набирали цифровые дисплеи. Оказались не слишком успешными, не выдержав конкуренции с более простыми, удобными и универсальными накальными и газоразрядными индикаторами (которые, в свою очередь, тоже проиграли конкурентную борьбу более приспособленным видам, так что ниже мы о них ещё услышим). Канули в Лету довольно быстро, за что сейчас весьма любимы коллекционерами ретроэлектроники. В СССР не производились вовсе, так что шанс обнаружить такие индикаторы в наших краях исчезающе мал.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Подробное видео про E1T

• Philips E1T — на первый взгляд напоминает простенькую осциллографическую трубку, на которую наклеили шкалу так, чтобы световое пятнышко подсвечивало нужную цифру. Но внутри она устроена неожиданно сложно, и больше напоминает трохотрон (о том что это такое можно почитать в соседнем разделе), к которому попытались прикрутить индикаторную функцию от декатрона (а про этих ребят будет чуть ниже). В результате вместо сложных аналоговых сигналов этот индикатор управлялся сравнительно простыми цифровыми. Впрочем, завоевать популярность это ему не сильно помогло.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Ещё одна аналоговая запоминающая ЭЛТ

• Бистабильные запоминающие трубки — ЭЛТ, на которых единожды отрисованная картинка сохранялась без перезаписи десятки минут. Имели две электронных пушки и сетку из тонкой проволоки перед слоем люминофора. Пишущая пушка рисовала на сетке негатив выводимого изображения, заряжая светлые участки отрицательно, а потом заливочная засвечивала люминофор широким лучом. Там где сетка была заряжена, электроны отталкивались, и экран оставался чёрным. Такие ЭЛТ могли относительно просто и дёшево выводить изображения высокого разрешения, но были очень медленными (перерисовка занимала десятки секунд), так что об отрисовке динамической графики говорить не приходилось.
  • Вообще, про разные запоминающие ЭЛТ много написано в разделе «информационные технологии», но на телевидении эти электровакуумные носители информации тоже использовали, как перезаписываемые, так и постоянные. Например, w:моноскоп — аналог функциональных ЭЛТ, в который «прошивали» не массив цифр, а картинку. Вместо люминофорного слоя в нём был металлический электрод, на котором изолирующим материалом рисовали нужное изображение. Моноскопы использовали, чтобы хранить и воспроизводить статические картинки, например, настроечные таблицы.
• Скотофорные трубки (скиатроны, трубки с записью тёмной строкой, dark-trace tubes) — ЭЛТ, в которых экран вместо люминофора покрыт w:cкотофором — веществом, темнеющим при облучении электронами (т. н. тенебресценция). Хорошо читались при яркой внешней подсветке и не требовали регенерации изображения. Были варианты совмещённых кинескопов со скотофором и люминофором, на которых можно было одновременно выводить, например, тёмные элементы интерфейса и светящиеся динамически меняющиеся данные. Проблемой была относительно сложная и медленная перерисовка — для возврата скотофорного слоя в изначальное состояние его надо было нагревать до 100—150^oC десятки секунд. Использовались в научных и военных приборах, например радарах и осциллографах.
• w:Эйдофор (светоклапанный проектор) — проектор, сердцем которого была ЭЛТ весьма затейливой конструкции. Лампа подсветки светила на зеркало, покрытое специальным вакуумным маслом. Если слой масла был гладким, то отражённый свет падал на систему непрозрачных заслонок, и в объектив проектора ничего не попадало. Но если поверхность масла деформировалась под действием потока электронов, то это отклоняло отражаемые лучи света, они пролетали мимо заслонок в объектив и создавали изображение. Система была громоздкой, сложной, дорогой, и требовала специального охлаждения для поддержания нужной вязкости масла. Использовалась для проецирования сгенерированных компьютером изображений на большие экраны. В частности, советский аналог был разработан для ЦУПа — проецировать траектории КА на стену.
  • В проекторах попроще в качестве источника картинки использовались просто кинескопы высокой яркости, но размер проецируемого изображения у них был куда скромнее.
• Flood beam CRT — ЭЛТ без фокусирующей и отклоняющей системы, со специальным электродом, дополнительно рассеивающим электронный луч, чтобы он равномерно «освещал» сразу всю переднюю часть колбы. Фактически, это просто люминесцентная лампочка, люминофор в которой засвечивает не газовый разряд, а электронная пушка. Зачем такое вообще нужно? В качестве «пикселя» для сборки больших экранов во всю стену.
  Как уже упоминалось, размер кинескопов был очень жёстко ограничен сверху. Даже скромные по нынешним временам диагонали (20-30 дюймов) представляли собой тяжеленные и дорогущие «гробы», при этом индустрия рекламы и развлечений требовала многометровых экранов. Какое-то время в этой нише паслись матрицы из ламп накаливания, но они были крайне неудобным решением из-за убийственно низкого КПД, проблем с питанием и охлаждением, и заметной инерционности. В поисках замены, прежде чем прийти к сверхъярким светодиодам, человечество успело перепробовать чуть ли не все возможные источники света. Экраны, набранные из тысяч таких вот микрокинескопчиков — одна из этих попыток. Простейший представитель — советские ИЛД3, буквально представляющие собой лампочку одного из трёх базовых цветов. Но были и более сложные образцы, объединявшие в одном корпусе по несколько RGB-пикселей разной геометрии.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Все три поколения «магических глаз» в одном видео, от новых к старым

• «w:Магический глаз» — изначально выглядел как радиолампа, в верхней части баллона которой находился анод в виде металлической воронки, покрытой люминофором («кратер»), в центре которой торчали катод и управляющий электрод. Катод «светил» электронами во все стороны, они притягивались к аноду и засвечивали люминофор. Меняя потенциал на управляющем электроде можно было затенять часть кратера, в результате получался светящийся кружок с вырезанным тёмным сектором, размером которого можно было управлять. Катод с электродом были накрыты круглым непрозрачным колпачком, так что вся конструкция походила на глаз со зрачком, откуда и название. Использовались для отображения уровня… да чего угодно, в общем-то. Радиосигнала, громкости, магнитного поля и на что ещё у разработчика фантазии хватало. Даже сейчас выглядят симпатично, а неизбалованных ТФТ-матрицами и РГБ-подсветками древних людей и вовсе приводили в восторг.
  Во втором поколении кратер переехал с верхушки лампы на бок и превратился из воронки в продолговатое корытце. На глаз это уже было совершенно не похоже, скорее на машущего крылышками мотылька, но название сохранилось.
  В третьем поколении кратер исчез, люминофор наносили на стекло баллона в виде полосы, которая постепенно «заполнялась» свечением по мере изменения управляющего напряжения. Получился линейный индикатор уровня, фактически представлявший собой электровакуумную версию стандартного прогресс-бара, унылого, как жизнь автора данной правки. Где-то на этом месте появились вакуумно-люминесцентные, а потом и светодиодные линейные индикаторы, на чём история данных радиоламп в общем-то и завершилась. По состоянию на 2023 год ранние версии умеренно ценятся разного рода любителями ретроэстетики.
• w:FED-дисплей, полевой эмиссионный дисплей — технология, которая должна была одним махом решить большинство фундаментальных проблем кинескопов и вывести их на новый уровень, но была подстрелена на взлёте плазменными и жидкокристаллическими панелями, и отправилась на свалку истории в шаге от массового производства. Передняя часть такого кинескопа была устроена примерно так же, как у обычного — стеклянная пластина, покрытая разноцветными люминофорами. А вот дальше начинались отличия — в нескольких миллиметрах от неё находилась ещё одна пластина, на которой фотолитографией были сформированы миллионы микроскопических электронных пушек, объединённые в матрицу. Фактически, каждый пиксель такого экрана представлял собой отдельный простейший микрокинескоп, которому в принципе не нужна была отклоняющая система. Это позволило сплющить кинескоп из длинной колбы в сантиметровую стеклянную панель, выкинуть систему отклоняющих катушек и взрывозащитные бандажи, снизив массу, а бонусом ещё и практически избавиться от мерцания. В 2008-м разработчики излучали оптимизм и планировали начать серийное производство через год, однако уже в 2009-м эти планы были отменены.

Передающие телевизионные трубки

Если кинескопы превращают электронный сигнал в изображение, то эти устройства наоборот, превращают картинку в электронный сигнал. Не то чтобы средство индикации, но именно они стали вторым концом той «волшебной палочки», что позволила телевидению обрести привычный нам вид, и так сокрушительно «выстрелить». Так что автор правки считает, что не упомянуть их вовсе было бы неправильно, тем более что странных и интересных технических решений там хватает. Но всё же особо глубоко зарываться не будем.

В принципе, и до них существовали системы с похожим функционалом. Но это были монструозные электромеханические устройства, сложные, дорогие, неудобные и с отвратительными характеристиками. Да, именно то, что нужно для этой статьи, так что их чуть позже тоже помянем.

«Сердцем» (почти) всех передающих ЭЛТ была пластина из диэлектрика, на которой под действием света формировался т. н. потенциальный рельеф — карта электрических зарядов, пропорциональных уровню освещённости. Эти заряды считывались электронным лучом, построчно сканирующим пластину. Однако и состав пластины, и способ формирования зарядов, и метод считывания могли очень сильно отличаться. Давайте посмотрим на несколько основных технологических вех.

• w:Иконоскоп — первая передающая ЭЛТ, которую можно было использовать в «настоящем» телевидении. Одна сторона пластины была покрыта сплошным слоем серебра, другая — крохотными серебряно-цезиевыми капельками. Каждая капелька образовывала с серебряной пластиной микроскопический конденсатор, заряжающийся под действием света за счёт w:фотоэффекта, а электронный луч, сканируя пластинку, поочерёдно подключал эти конденсаторы к схеме считывания, замерявшей заряд.
  • Светочувствительность иконоскопа была низкой даже для своего времени. Её более-менее хватало для работы в студии с мощным светом, но было совершенно недостаточно для съёмок при естественном освещении. Это породило настоящее технологическое чудище — кинотелевизионную систему. Выглядела она как микроавтобус с кинокамерой на крыше. Плёнка из камеры по светонепроницаемому коробу шла внутрь фургона, в котором находилась мобильная фотолаборатория. Она в реальном времени проявляла, фиксировала, промывала и сушила плёнку, а потом подавала её в проектор, выдававший достаточно яркую картинку для иконоскопа, который и создавал выходной телесигнал. Вся эта красота требовала подключения к стационарным источникам воды и электричества, и жрала плёнку в неимоверных количествах. Для устранения этого недостатка была разработана новая версия, в которой после прохождения проектора с плёнки смывался старый светочувствительный слой и наносился новый, после чего та сушилась и подавалась обратно в камеру. К счастью, примерно в это время появились новые передающие ЭЛТ с куда большей светочувствительностью, на чём этот сон разума и завершился.
• w:Супериконоскоп — генерация и накопление зарядов разнесены в пространстве. Свет падал на фотокатод, выбивая из него электроны, которые, пролетев некоторое расстояние в вакууме, падали на диэлектрическую пластину, создавая потенциальный рельеф. Это позволило увеличить светочувствительность где-то вдесятеро.
• Ортикон — приёмная пластина примерно как в иконоскопе, но считывание сделано более хитро. Поток электронов не долбился об пластину со всей дури, а тормозился у самой её поверхности, разворачивался и летел обратно, к приёмному электроду, промодулированный об потенциальный рельеф.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Как работает суперортикон

• w:Суперортикон — взял лучшее от двух предыдущих технологий и добавил своего. Есть секция переноса изображения как в супериконоскопе и считывание медленным электронным лучом как в ортиконе. Плюс прямо в трубке собран усилитель, состоящий из набора w:динодов — специальных электродов с постепенно повышающимся потенциалом. Электрон исходного сигнала разгоняется этим потенциалом, стукается о динод и выбивает из него облачко из нескольких десятков вторичных электронов. Каждый из них тоже разгоняется в электрическом поле и долбится об следующий динод, выбивая ещё по облачку электронов, летящих к третьему диноду… В результате можно усилить входящий сигнал в сотни и тысячи раз, причём с уровнем шумов, недостижимым для ламповых или транзисторных усилителей тех времён. Суперортиконы были сложными в сборке и настройке, хрупкими и энергоёмкими, но очень чувствительными, поэтому производились для спецприменений даже после того, как доминирующей технологией стал следующий пункт списка.
  • w:Фотоэлектронный умножитель — не совсем передающая трубка, но давайте её всё же упомянем. Похожа на сильно упрощённый суперортикон с разрешением в один пиксель, из которого выкинули всё, кроме фотокатода и усилительной части. Электроны, выбитые из фотокатода, летят по цепочке динодов, «умножаясь» во много тысяч раз, на выходе получается сигнал, пропорциональный освещённости. Фактически, представляет собой очень, очень чувствительный датчик освещённости, способный «унюхать» буквально единичные фотоны. В быту не применялись, зато активно использовались в науке и спецтехнике (наподобие сцинтилляционных дозиметров) вплоть до начала XXI века, когда им на смену пришли полупроводниковые аналоги.
• w:Видикон — вместо внешнего фотоэффекта (когда фотоны выбивают из фотокатода электроны и из них строится потенциальный рельеф) использован внутренний (под действием света меняется проводимость приёмной пластины). Это позволило примерно вдесятеро поднять квантовую эффективность фотоприёмника и отказаться от встроенных в трубку усилителей, что положительно сказалось на размере и сложности. К концу 50-х видиконы стали основными передающими ЭЛТ и оставались таковыми до конца 80-х, когда их вытеснили кремниевые матрицы. За это время появилось великое множество модификаций — плюмбиконы, сатиконы, триниконы, Si-видиконы и многие другие, о которых можно почитать в википедии. Главное отличие — состав и структура приёмной пластины.
  • Существовали пировидиконы, чувствительные к инфракрасным лучам и применявшиеся в ранних тепловизорах, и рентгеновидиконы, чувствительные угадайте к чему.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Как работает диссектор

• w:Диссектор — картинка проецировалась на полупрозрачный фотокатод, выбитые из него за счёт фотоэффекта электроны фокусировались на пластинке с дырочкой, за которой находился приёмник. Картинка сканировалась отклонением потока электронов магнитным полем таким образом, чтобы в дырочку «светили» разные его части, соответствующие разным участкам фотокатода. Имели очень низкую чувствительность при очень малом времени реакции, поэтому в телевидении не прижились, зато использовались в науке и промавтоматике.
  Вообще, по хронологии диссектор должен был стоять самым первым, но автор правки решил перенести его сюда, так как по принципу работы он радикально отличается от остального ЭЛТ-мейнстрима, и при этом очень напоминает одного из героев следующего раздела, только реализованного без механики, полностью электронными средствами.

Механическое телевидение, его предки и потомки

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) История механического телевидения. Много теории, мало картинок

Идея превратить картинку в набор электрических импульсов и куда-то передать как телеграмму возникла ещё в середине XIX века, за десятилетие до открытия катодных лучей и почти за 30 лет до опытов Крукса. Для этого использовались самые разные электро-, а потом и оптомеханические системы, зачастую весьма сложные.

Самые ранние образцы считывали изображение, нарисованное на металлической пластине или фольге изолирующей краской, «сканируя» его металлической иглой. В 1850-х технология даже была доведена до практического применения в виде пантелеграфа Джованни Казелли, но была довольно сырой и особого успеха не получила. Уже в 1920-х появился работавший по похожему принципу w:фультограф, но тоже особой популярности не снискал.

Новый импульс идее придало появление ближе к концу века селенового фотоэлемента, позволившего сканировать изображение бесконтактно, определяя яркость отражённого света. В принципе, идея спроецировать изображение на матрицу из множества фотодатчиков возникла достаточно быстро, но проблемой была стоимость — в 1909 году один селеновый фотоэлемент стоил 45$, по тем временам довольно дорого. Матрица килопиксельного разрешения обошлась бы в целое состояние, и ещё в одно — электромеханический коммутатор, эту матрицу опрашивающий. Поэтому на десятилетия мейнстримом стали системы с датчиком разрешением в один пиксель, на который хитрая механика последовательно, точка за точкой, проецировала передаваемое изображение.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Газетчики и фототелеграф

• Первым коммерческим образцом в 1907-м стал фототелеграф или бильдаппарат. Передаваемая картинка наклеивалась на вертящийся барабан, вдоль которого двигалась сканирующая головка с лампочкой и фотоэлементом. Лампочка подсвечивала точку на барабане, фотоэлемент определял яркость отражённого света и передавал значение по телефонной линии. Когда барабан делал полный оборот, головка сдвигалась на шаг в сторону, и процесс повторялся. Приёмник был устроен примерно так же, только на барабан клеили фотобумагу, а в пишущей головке стояла только лампочка, яркость которой модулировали приходящие по телефонной линии данные. Из-за большой инерционности селеновых фотоэлементов, происходило всё это довольно неспешно. Естественно, ни о какой передаче динамического изображения и мечтать не приходилось, но даже в таком виде технология пользовалась изрядным успехом. Возможность пересылать фотографии приемлемого качества на тысячи километров за полчаса вместо дней и недель очень понравилась полиции и журналистам. Постепенно эволюционируя, фототелеграф дожил до начала 80-х, когда и был окончательно вытеснен цифровыми сканерами.
  • Плюс-минус в то же время появилась другая технология передачи изображений, не использующая фотоэлементы — беленограф. Картинка для него подготавливалась при помощи фотогравировки (специального метода обработки толстослойных фотоэмульсий, в результате которого изображение становилось выпуклым) и считывалась иглой, присоединённой к микрофону, буквально ощупывавшей получившийся рельеф, превращая в набор скрипов разной громкости, которые можно было передать по проводу. Передача происходила заметно быстрее, ценой более сложной и медленной подготовки изображений. Точно дожили до начала 50-х.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Ещё один механический телевизор, теперь в основном практика

• Другим способом механической нарезки изображения на «пиксели» был w:диск Нипкова — вращающийся диск с отверстиями, расположенными по спирали так, чтобы в каждый конкретный момент через одно из отверстий было видно маленький кусочек сканируемой картинки, а за полный оборот диска они бы обходили её всю. Проходящий через отверстие свет падал на приёмный фотоэлемент и создавал видеосигнал. В приёмнике был такой же диск, вертящийся с той же скоростью, что передающий, подсвеченный лампочкой, яркость которой модулировалась передаваемым сигналом, что создавало на выходе такую же картинку. Этот метод позволял обойтись без наклеивания изображения на валик и подвижной сканирующей головки — достаточно было просто спроецировать картинку на диск через оптику, что стало важным шагом к передаче динамических изображений. Но недостатков у дисков Нипкова тоже было более чем достаточно — шум, большой размер диска при небольшом — самого изображения (ну или сильные геометрические искажения, на выбор), низкое разрешение и удручающе малая светочувствительность передающей системы.
  • Метод бегущего луча (flying spot scanner) — ещё одна альтернатива, использующая тот же диск с дырками, но, некоторым образом, «вывернутая наизнанку». Снимаемый объект, находящийся в тёмной студии, сканировался очень ярким узким пучком света, создаваемым диском Нипкова, за которым горела очень яркая дуговая лампа. Отражённый свет принимался массивом из нескольких десятков разбросанных по студии фотодатчиков, что позволяло получить приемлемую светочувствительность. Самый очевидный минус — мог работать только в специально подготовленной тёмной комнате. Ну и диктору, сидящему перед этим глазовыжигающим стробоскопом, можно было только посочувствовать.
• Были и другие альтернативы, наподобие зеркального винта, лишённые части описанных проблем, но имеющие собственные, вроде более сложного процесса изготовления и высокой стоимости.

К середине 1920-х создание достаточно быстрых и чувствительных фотоэлектрических ячеек позволило перейти от медленного и печального сканирования неподвижных объектов к съёмке движущихся картинок в реальном времени. Первые опыты выглядели более чем скромно, не передавали полутона, имели очень низкое разрешение и в целом смахивали скорее на ярмарочные фокусы. Однако технология развивалась, и к началу 30-х стала более-менее массовой — началось серийное производство телеприставок (тысячи в год), радиолюбители научились делать их самостоятельно, открылись станции, сначала иногда, а потом и регулярно транслировавшие телепередачи (впрочем, обычно не более пары часов в день). Экспериментировали даже с цветным механическим телевидением, в котором использовали три фотодатчика и три лампы с цветными фильтрами.

Низкое разрешение картинки даже сыграло в плюс — для вещания хватало пропускной способности средневолнового диапазона, на котором работали обычные радиоприёмники. Механические телевизоры часто вообще не имели внутри встроенного приёмника, и требовали для работы подключения к внешнему. При этом пропихнуть через ту же частоту ещё и звуковую информацию было невозможно, так что звуковое сопровождение к видео вещала отдельная радиостанция на другой частоте, а телезрителю, чтобы иметь возможность его слушать, приходилось заводить ещё один приёмник. На тот момент телевидение всё ещё оставалось скорее игрушкой энтузиастов, и тех, кого сейчас назвали бы техногиками.

Однако тогда же, на рубеже 20-х — 30-х, были посеяны семена погибели механического телевидения — появились кинескопы и иконоскопы. Даже на старте они давали разрешение в разы выше, и при этом были лишены главной проблемы механики — собственно говоря, механики. Всех этих гудящих моторов, рвущихся пасиков и требующих смазки осей. Зато имели огромный потенциал для улучшения. Механика попыталась было взять реванш на поле действительно больших экранов, на котором кинескопы всегда чувствовали себя неуверенно, но попытка оказалась неубедительной (зеркальные барабаны, вертящиеся на 30 тысячах оборотов в минуту — это вам не это), и к началу 40-х механическое телевидение в чистом виде умерло.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) История раннего цветного телевидения. О гибридных системах где-то с 3:30

На какое-то время механика задержалась в гибридных системах цветного телевидения. Одним из примеров (далеко не единственным, но довольно типичным) была система Col-R-Tel. Перед объективом чёрно-белой камеры с передающей ЭЛТ крутился диск с цветными светофильтрами. Такой же диск вращался перед кинескопом чёрно-белого телевизора, окрашивая картинку в соответствующий цвет. При правильной синхронизации передающего и приёмного дисков это давало эффект цветного изображения. Всё это было сложно и громоздко по сравнению с обычным чёрно-белым телевизором, но при этом значительно проще и дешевле, чем тогдашние полностью электронные цветные телевизоры с тремя кинескопами. Гибридные системы ушли в историю в середине 50-х, когда удалось наладить производство настоящих цветных кинескопов за вменяемые деньги.

Куда дольше механическое телевидение прожило, внезапно, в космосе. Все ранние советские АМС вместо привычных теле- и фотокамер использовали так называемые телефотометры. Это были механические камеры, в которых вертикальная развёртка создавалась качающимся зеркалом, а горизонтальная — вращением оптической головки, на которой это зеркало стояло, что позволяло получать круговые панорамы. Фотодатчиком работал ФЭУ (о которых уже было выше), так что светочувствительность у таких камер могла быть огромной. При этом они были легче и экономичнее, чем полностью электронные аналоги, что в космонавтике более чем важно. Ну и требования к уровню электронной промышленности для их изготовления были ниже.

Довольно неторопливая работа (для получения полного кадра требовались десятки минут) была скорее преимуществом, чем недостатком. Это позволяло передавать картинку в реальном времени прямо по мере сканирования по тогдашним весьма дохленьким каналам связи, что было особенно актуально, учитывая вес (большой) и надёжность (низкую) запоминающих устройств того времени. Ну а с динамическими сюжетами в космосе было негусто.

На такие камеры были получены первые фотографии поверхностей Луны («Луна-9»), Венеры («Венера-9») и Марса (а вот тут постарались американцы с «Викингом-1»). Со временем ФЭУ заменили на полупроводниковые матрицы, правда одномерные — линейки из одного ряда пикселей, как в сканерах. Собственно, подобные системы используются в российской космической технике до сих пор.

Впрочем, и на Земле механика из сферы работы с изображениями исчезла не совсем, и иногда её можно встретить в довольно неожиданных местах.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) DMD из DLP под SEM электронным микроскопом

• Например, в «классических» лазерных принтерах, в которых изображение проецируется одним единственным лазером, при этом по одной координате его разворачивает качающееся зеркало (а точнее вращающая зеркальная призма), а по другой — вращающийся фотобарабан. В целом система отдалённо похожа на бильдаппарат, только очень быстрый и высокотехнологичный.
• Или в разнообразных сканерах, в которых механика либо тащит сканирующую головку из лампочки и линейки фотодатчиков вдоль изображения, либо прокручивает саму картинку мимо неподвижной матрицы.
• Внезапно, довольно много механики в продвинутых и современных DLP-проекторах. Активный элемент такого проектора — кремниевая пластинка, покрытая сотнями тысяч микроскопических зеркал с электроприводами. Зеркала можно разворачивать так, чтобы они отражали свет в объектив проектора (пиксель зажжён) или мимо (пиксель погашен). То есть, буквально, тот же принцип, что у упомянутого выше эйдофора, только зеркало не электровакуумное, а микроэлектромеханическое. w:Конвергентная эволюция, теперь и в электронике!
  • Но таким макаром можно получить только чёрно-белое изображение. Как же быть с цветом? Лобовое решение — взять три зеркальных матрицы, вывести на них разные цветовые каналы, потом пропустить свет через фильтры соответствующих цветов, и смешать. Но DMD — штука недешёвая, поэтому так делают только в самых дорогих проекторах. В устройствах попроще каналы выводятся на матрицу по очереди, а свет потом пропускают через вертящийся диск с цветными стёклышками. Этакий привет из пятидесятых, от гибридных систем цветного телевидения.

Индикаторы на лампах накаливания

Пожалуй, первые чисто электронные индикаторы, появившиеся одновременно с лампами накаливания. Прошли долгий путь от лампочки с подписью до сложных электрооптических систем, и в основном сгинули в 60-х — 70-х, когда массово попёрли альтернативные технологии, о которых будет ниже.

Общая проблема — лампы накаливания хрупкие, быстро перегорают, много кушают и обильно какают сильно греются. А ещё они относительно инерционные — вольфрамовая нить нагревается и охлаждается быстро, но далеко не мгновенно. Обычно это не проблема, но иногда может изрядно мешать (в том же механическом ТВ, например).

Забавный факт — сейчас почти все разновидности накальных индикаторов без проблем переводятся на светодиоды простой заменой лампочки на диодик.

• Индикаторы с подсвечиваемыми символами — простейшее лобовое решение. Лампочка подсвечивает стёклышко, на котором изображена цифра, символ или целая надпись. Живы и неплохо себя чувствуют до сих пор, разве что лампы накаливания cменили более актуальные светодиоды. Проблемы начинаются, когда таким образом пытаются отобразить что-то более-менее сложное. Получается громоздко, а иногда и очень громоздко. Как вам, например, цифровой дисплей, в котором каждое знакоместо фактически представляет собой столбик из десятка окошечек с цифрами 0-9?

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Что у проекционного индикатора внутре

• Проекционные индикаторы — лампа накаливания подсвечивает слайд с нужным символом, оптическая система проецирует его изображение на полупрозрачный экран. И таких микропроекторов с разными слайдами в одном корпусе может быть до полутора десятков. Громоздко (хотя и компактнее предыдущего варианта), сложно, хрупко, так что особой популярностью и широким распространением такие индикаторы никогда не отличались. Зато выглядят красиво и читаются хорошо.
  • Ещё вариант компоновки — оптическая система одна, и проецирует она на экран с неподвижной риской изображение нарисованной на двигающейся туда-сюда прозрачной ленте или пластине шкалы.
  • Sphericular display — довольно необычное ответвление. Снаружи выглядит как обычный проекционник, но вот внутри нет ни слайдов, ни набора проекторов. Вместо этого после массива лампочек идёт пустое пространство, а вместо полупрозрачного экрана находится трёхслойный «бутерброд» — матрица из микролинз, пластинка с набором дырочек напротив каждой микролинзы, и собственно экран. При падении на эту конструкцию света под разными углами на экране возникают собранные из светящихся точечек символы. Были несколько легче и компактнее «стандартных» проекционных индикаторов, но по массовости им серьёзно проигрывали. Возможно, расчёт таких систем без компьютеров был непростой задачей, но это не точно.
  • Магнитный глаз (magnetische Auge) — толком не взлетевшая попытка сделать более простой и дешёвый аналог электровакуумного «магического глаза» (см. выше). Проекционный индикатор, в котором вместо слайда с цифрой находилась подпружиненная пластинка, которую дёргал электромагнит. Тень от пластинки формировала на экране картинку, похожую на тот самый «магический глаз». Позволял заменить достаточно сложную радиолампу на относительно простую электромеханику и избавиться от необходимости вакуумирования, но большого распространения не получил.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Как оно работает в динамике

• Световодные индикаторы (light pipe display) — лампочка подсвечивала световоды, из которых, как правило, были сформированы сегменты того же классического семисегментного индикатора. В простых моделях световоды имели вид пластиковых брусочков, по одному на сегмент, в более сложных — пучков пластиковых вермишелин, срезы которых формировали светящиеся точки.
  • en.w:Lightguide display/edge lit display — общепринятый перевод отсутствует, автор правки перевёл бы как «световодный индикатор с боковой подсветкой». Если взять пластину из прозрачного пластика и подсветить с торца, она будет работать как световод. Если выгравировать на ней изображение, то впадины гравировки станут рассеивать свет, и будет казаться, что рисунок светится. Индикатор состоял из стопки таких пластинок, каждая из которых подсвечивалась отдельной лампочкой. Обычно изображали на них цифры и спецсимволы, но встречались и варианты позатейливее. В наши дни по такому принципу работают т. н. 3D-ночники и подобная декоративная светотехника, конечно, уже со светодиодами вместо лампочек.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Немного о нумитронах. Автору видео тоже не понравилось

• Накальные индикаторы (нумитроны) — буквально лампочки с несколькими независимыми нитями накаливания, собранными в виде сегментов стандартного семисегментника. Если верить паспортным характеристикам, это отличные индикаторы — компактные, долговечные, яркие, удобные в использовании и относительно экономичные. Если верить тем, кто успел «пощупать» их в деле, с надёжностью у них были серьёзные проблемы (например, обрыв спиралей из-за вибрации), да и читаемость не очень. Судя по тому, что нумитроны так и не стали массовыми, а сейчас это одни из самых редких ретроиндикаторов, вторые как минимум отчасти правы.

Газоразрядные индикаторы

Обширное семейство источников света, основанных на свечении газовых смесей при пропускании электричества.

Для индикации обычно используют режим тлеющего разряда, не слишком яркий, зато экономичный, не сжигающий электроды и не требующий экстремально высоких давлений и токов. Цвет свечения зависит от газа, которым наполнена лампа. Как правило, это неон, светящийся красно-оранжевым, но могут быть варианты, в том числе с использованием разноцветных люминофоров.

• Неоновая лампа тлеющего свечения — та самая, меметичная в определённых кругах, неонка. В лампах тлеющего свечения светится только небольшой слой газа вокруг катода. Неяркие, зато компактные, потребляют немного, катод нагревается не сильно, и киловольтов напряжения не требует. Получился этакий «индикаторный светодиод» ламповой эпохи — простой, экономичный и надёжный, если нормально сделан и правильно запитан. Почему потеряли популярность?
  • Неудобное напряжение. Последние десятилетия всё больше техники работает от низкого напряжения — 3-12 вольт. Светодиоду самое то, а вот неонке желательно хотя бы вольт 50.
  • Хрупкость. Залитый пластиком кристалл покрепче стеклянного баллона со впаянными электродами.
  • Яркость. Современные светодиоды уделывают неонки с огромным отрывом, да ещё и светят при этом всеми цветами радуги.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Немного про принцип работы и разновидности ГРИ в начале ролика

• w:Газоразрядный индикатор (ГРИ) — фактически та же неонка, но более сложно устроенная. Имеет один анод (металлическую сеточку), и несколько катодов, фигурно выгнутых из проволоки в виде цифр, букв, спецсимволов или тех же сегментов. Подавая ток на нужный катод, можно зажигать вокруг него тлеющий разряд, заставляя прилегающий слой газа светиться. Сам катод при этом нагревается гораздо слабее, чем нить в лампе накаливания, так что живёт эта система дольше, а электричества потребляет куда меньше. В 60-х — 70-х были крайне популярны из-за относительной простоты и красивого внешнего вида, но потом постепенно ушли на второй план. На Западе были известны как Nixie tubes (по торговой марке одного из производителей). В СССР существовала серия ламп ИН, которые производили до середины 90-х и наделали столько, что их до сих пор можно недорого купить на вторичке, и не только постсоветской.
  В середине 00-х ГРИ внезапно получили второе рождение как декоративный элемент в т. н. «ламповых» часах и подобных устройствах с закосом под ретро. Ибо проволочные цифры, светящиеся тёплым неоновым светом в блестючих стеклянных колбах — это вам не холодные бездуховные светодиодные сегменты в богомерзком пластике. Под это дело даже придумали специальный термин и восстановили мелкосерийное производство.
  • Pixie tubes — попытка упростить и удешевить изготовление. Анод — металлическая пластинка с прорезями в форме цифр 0-9, под которыми расположены катоды-штырьки. При подаче напряжения на катоде загорается разряд, подсвечивая нужную прорезь. Особой популярностью не пользовались и быстро вымерли, ибо выигрыш в цене был не такой большой, а читаемость значительно хуже, чем у «классических» никсей. А вот сейчас у ретролюбов и коллекционеров очень ценятся за редкость и необычный внешний вид.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Разные советские газоразрядные матрицы

• Матричные ГРИ — две стеклянные пластины, на которые нанесены «решётки» взаимно перпендикулярных проводников, а промежуток между пластинами заполнен тем же разреженным неоном (и, иногда, дополнительными изолирующими прокладками). Фактически, в точках пересечения проводников образуются маленькие неонки, которые можно зажигать, подавая напряжение на соответствующие проволочки решёток. В результате получается матрица из оранжевых светящихся пикселей. А если поиграться с газовыми смесями и люминофорами, можно получить цветную картинку. Такие индикаторы довольно активно использовали в позднем СССР много где, от бегущих строк и больших настенных экранов до станков с ЧПУ и персональных ЭВМ. Ближе к концу 80-х появились и полноцветные панели с пикселями разных цветов, от совсем крошечных, 2х2 RGB-пикселя, до здоровенных, 64x64, из которых даже собирали видеостены, но из-за известных событий развития это не получило, и в 90-х производство померло. В отличие от загнивающего запада…
• Плазменные панели — дальнейшая эволюция полноцветных матричных ГРИ. Принцип плюс-минус тот же, но пиксели меньше, разрешение больше, люминофоры ярче. В начале 90-х технология внезапно мощно «выстрелила», и из нишевого промышленного/военного/научного оборудования переехала в дорогую бытовую технику. После пузатых кинескопов плазменные панели казались огромными и невероятно тонкими, и при этом давали очень качественное изображение. «Плазма во всю стену» символизировала высокотехнологичную роскошь, и потом ещё какое-то время любой большой плоский экран называли «плазмой». Впрочем, минусы у технологии тоже были — сложности с масштабированием вверх и вниз (хотя и поменьше, чем у ЭЛТ), слишком крупные пиксели, большое энергопотребление, большой (по сравнению с ЖК-панелями) вес, дорогое производство… В итоге, «плазма» жила ярко, но не долго, и была пожрана жидкими кристаллами почти одновременно с более дешёвыми и массовыми ЭЛТ. Производство сошло на нет в первой половине 10-х, хотя на вторичном рынке до сих пор можно найти рабочие образцы (по состоянию на 2023-й).
• w:Тиратроны — в основном использовались для коммутации больших и очень больших токов, но нас в рамках данной статьи интересуют индикаторные тиратроны, фактически представляющие собой те же неонки, только с управляющей сеткой, позволяющей контролировать момент зажигания разряда. Применялись, в частности, в механическом телевидении из-за низкой инерционности и удобного управления.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Устройство, разновидности и применение декатронов.

• w:Декатроны — довольно сложные устройства, тему индикации затрагивающие, в общем-то, краешком. Внешне выглядели как радиолампа, заполненная, однако же, не вакуумом, а газовой смесью. Обычно на основе неона, но были и варианты. В центре находился большой круглый анод, окружённый десятком (обычно) штырьков-катодов, между которыми торчали другие штырьки — управляющие подкатоды. При включении между анодом и одним из катодов зажигался тлеющий разряд, замыкая цепь. А потом, подавая на систему подкатодов импульсы нужной формы, можно было заставлять разряд «переползать» на соседний катод по или против часовой стрелки. Как это можно было использовать? Например, как счётчик — сколько импульсов пришло, на столько катодов разряд и «перещёлкнулся». Или как ячейку памяти — «нащёлкиваем» нужный катод, и пока есть питание, разряд продолжает гореть, и лампа «помнит» цифру. Или как коммутатор — разряд замыкает цепь между катодом и анодом, подключая к схеме разные ножки лампы. Ну и сам разряд излучает видимый свет, так что по макушке работающего декатрона бегает туда-сюда светящаяся точка. Что, в некоторых случаях, довольно удобно.
  В целом это напоминало электромеханический w:шаговый искатель, но не содержало внутри никакой механики и могло работать на невиданных для них частотах — десятки килогерц, а некоторые водородонаполненные варианты — до мегагерца.
  Декатронам не слишком повезло со временем появления. Ламповые вычислительные машины, под которые их создавали, довольно быстро сошли со сцены, зато на неё вышли полупроводники, более надёжные, технологичные и имеющие огромный потенциал для улучшения. Однако некоторое количество устройств на декатронах сделать всё же успели. Сейчас среди ретролюбов декатроны тоже особой любовью не пользуются — бегающему по кругу огонёчку явно не хватает зрелищности. Хотя, конечно, всё зависит от фантазии разработчика. Ну и существует как минимум один проект по разработке лампового компьютера на декатронах, по максимуму использующий их возможности.
  Напоследок, пожалуй, стоит упомянуть, что у декатронов были двоюродные электровакуумные братья — трохотроны, с примерно теми же функциями и другим принципом работы. О них можно почитать в другом разделе.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Из неоновых трубок можно сооружать очень сложные конструкции

• Неоновая лампа тлеющего разряда — плюс-минус то же, что классическая неонка, но напряжение значительно выше, а размер больше. Светится почти весь газ в колбе, а не маленькое облачко вокруг катода. Используя вместо чистого неона разные газовые смеси и люминофорные покрытия, можно получить практически любой цвет свечения. Предки таких ламп появились в конце XIX века, когда их не слишком успешно пытались приспособить для освещения. А вот где они оказались действительно к месту, так это в рекламе, куда пришли в начале 1910-х. В те годы, когда даже лампа накаливания была передовым хайтеком, тонкие стеклянные трубочки, светящиеся разными цветами, из которых можно было выгнуть хоть буквы, хоть элементы сложного рисунка, выглядели невероятно круто. Неоновые трубки оставались стандартом в наружной рекламе почти сотню лет, глубоко вошли в культуру и породили характерную «неоновую» эстетику. Однако даже тёплый ламповый неон не выдержал конкуренции, и в наши дни почти полностью вытеснен бездушными светодиодными лентами («гибкий» или «светодиодный неон») — они и проще, и технологичнее, и возможностей у них несравнимо больше. Ещё одним конкурентом неона был электролюминесцентный провод, но его судьба сложилась даже более печально, так что об этой технологии можно будет почитать чуть ниже в этой же статье.

Вакуумно-люминесцентные индикаторы (ВЛИ)

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Немного принципа работы и много видео красивых ВЛИ

Своего рода кинескоп наизнанку. Картинка нарисована люминофором на аноде, а засвечивает её простейшая электронная пушка в виде натянутой перед ним металлической проволочки. Анодов обычно несколько, при подаче положительного потенциала они притягивают электроны, что позволяет зажигать только нужные сегменты индикатора, а не все сразу. Ещё между катодом и анодом иногда добавляют управляющие сетки, котрые, в зависимости от поданного напряжения, могут или ускорять электроны, увеличивая яркость, или отталкивать, гася целые группы сегментов. Родились в 70-х из попытки японцев обойти патенты на ГРИ, и, в результате, оказались даже более удобными и универсальными — люминофором на стекле можно было нарисовать куда больше всякого, чем выгнуть из проволочек. Использовались очень широко, от простейших линейных индикаторов и семисегментников (иногда довольно больших) до сложных панелей управления и матриц, как одноцветных, так и многоцветных. Ну и в видеостенах поработать успели, и как отдельные субпиксели, и как блоки из нескольких RGB-пикселей. Фактически, покрывали все те же применения, что и светодиоды, кроме осветительных. Да и выглядели ВЛИ очень похоже на светодиодные индикаторы, только засунутые в стеклянную колбу.

Где-то с 90-х их популярность постепенно снижалась, по мере развития светодиодных аналогов, которым ВЛИ проигрывали в технологичности изготовления, простоте использования и надёжности. Ну и возможностей у современных светодиодов побольше. По состоянию на начало 2020-х небольшое промышленное производство ещё сохранилось, скорее всего, для поддержания старой техники. Такого же успешного потомка как плазменные панели ВЛИ дать не смогли. Среди ретролюбов такой популярностью как ГРИ не пользуются, возможно, из-за скучной светодиодно-сегментной внешности. Хотя блестящий стеклянный баллон и непривычный цвет свечения несколько спасают положение.

Электролюминесцентные индикаторы (ЭЛИ)

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Очень подробное видео про ЭЛИ со множеством красивых картинок

Тут есть некоторые тонкости с терминологией. В принципе, электролюминесценцией называют любое нетепловое свечение под действием электрического тока. Газовую мы уже упомянули. На инжекционной работают светодиоды, и они явно не тема данной статьи. Конкретно к ЭЛИ относят приборы, работающие на ещё одной разновидности — предпробойной, когда кристаллы электролюминофора начинают светиться под действием сильного и быстро меняющегося электрического поля (то есть при высоком переменном напряжении, обычно сотни вольт и килогерцы). Для этого прослойка неэлектропроводного люминофора зажимается между двумя электродами, так что получается что-то вроде конденсатора, в котором люминофор играет роль диэлектрика. Собственно, на заре времён эта штука так и называлась — электролюминесцентный конденсатор (Light-Emitted Capacitor, LEC). Если один из электродов в этом «бутерброде» сделать прозрачным, получится источник света. Если другой электрод сделать фигурным, то можно изобразить какую-нибудь светящуюся картинку (те же сегменты, например). Если использовать разноцветные люминофоры… ну вы понели.

В начале 60-х (когда из доступных электронных индикаторов были, в общем-то, ЭЛТ и лампы накаливания) ЭЛИ произвели в СССР настоящий фурор — яркие, компактные, контрастные, разноцветные, экономичные, технологичные (отсутствие необходимости вакуумирования тогдашним технологам очень понравилось), простые в управлении… Что только по этой технологии в те годы не делали, от однотонных светящихся панелей (фактически, тех самых подсвечиваемых индикаторов с ЭЛИ вместо лампочки), и светящихся табличек со стрелками или пиктограммами, до матриц, клавиатур и здоровенных мнемосхем. Ну и самые разные сегментные индикаторы, и не только классические семисегментники. Были ещё восьми-, двенадцати- и тринадцатисегментные, оптимизированные для вывода кириллических символов и позволявшие гарантированно распознать цифру при одном отказавшем сегменте (что в случае с семисегментником работает не всегда). Выглядели они довольно непривычно (сейчас их любят сравнивать с письменностью хищников из одноимённого фильма), и, насколько знает автор правки, больше нигде такая конфигурация сегментов не использовалась. Ну и девятнадцатисегментные, являющиеся фактически стандартными шестнадцатисегментными, к которым добавили три элемента, позволяющие корректно выводить буквы русского алфавита со всеми хвостиками, чёрточками, кратками и прочим кошмаром Тёмы Лебедева.

Однако вылезли и недостатки технологии.

• Во-первых, неудобное питание — не только высоковольтное, но и переменное, причём с частотой выше, чем в розетке, а в идеале ещё и динамически меняющееся для компенсации выгорания. Для индикатора приходилось делать отдельный, и не самый простой, источник питания. Да и коммутировать такое напряжение было непросто — нормальных полупроводников под такие параметры ещё не было, приходилось использовать электромеханические реле. Для сложных панелей со множеством отдельных элементов вес релейных модулей мог измеряться килограммами.
• Во-вторых, индикаторы довольно быстро выгорали. При правильном питании они быстро деградировали в первые несколько сотен часов, а потом выходили на «полку», на которой могли работать довольно долго. Точные цифры зависели от конкретной модели, модификации, партии и степени похмелённости сборщика, но в целом живучесть была недостаточной, тем более что организовать то самое «правильное питание» было не так-то просто, а от неправильного они горели как спички.
• В-третьих, надёжность ранних ЭЛИ в целом оказалась посредственной. Изначальный конструктив в виде бакелитовой коробочки со стеклянной крышкой и заливкой эпоксидным компаундом оказался не слишком удачным — индикаторы теряли герметичность, люминофор отсыревал, электроды отваливались.

Постепенно эти «детские болезни» удалось победить, но к тому времени появились более удобные альтернативы. Где-то в 70-х в СССР ЭЛИ были признаны бесперспективным направлением, и новые разработки прекратились, хотя уже имеющиеся модели выпускали ещё долго, в основном для поддержания военной техники. Сейчас эти индикаторы можно найти на вторичке, и даже не слишком дорого, так как интересуют они в основном коллекционеров. Ретролюбы чаще гоняются за теплоламповыми ГРИ, ЭЛИ в ретроподелки попадают куда реже (в основном сегментные, благодаря необычному внешнему виду).

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Делаем ЭЛИ дома

За бугром судьба технологии сложилась несколько благополучнее. Такой бешеной популярности на старте у ЭЛИ там не было, но и забрасывать их после первых неудач не стали. Работы по улучшению характеристик и попытки хоть куда-то их приткнуть продолжались. Разрабатывались более живучие люминофоры, надёжные методы герметизации и компоновки, компактные полупроводниковые источники питания. В результате предпробойная электролюминесценция успела поработать в самых разных устройствах, от ночников и светящихся аварийных табличек до экранов ноутбуков и подсветок ЖК-дисплеев в наручных часах, которые, кстати, по отзывам пользователей, выглядели куда приятнее тогдашних светодиодных.

Пожалуй, самым раскрученным устройством с ЭЛИ в истории человечества стал DSKY — интерфейсный модуль бортового компьютера космического корабля «Аполлон», содержавший, кроме клавиатуры и небольшого блока подсвечиваемых индикаторов, цифровой электролюминесцентный дисплей с двумя десятками семисегментников. В наших краях он не так популярен, но в кругах англоязычных техногиков имеет буквально культовый статус. Сборка реплик разной степени достоверности — классический радиоэлектронный диайвай, и, хотя большинство и использует при этом светодиоды, а то и вообще экран от мобилы, несколько человек заморочились, и буквально в домашней лаборатории изготовили аутентичные ЭЛИ-дисплеи. Есть такие и в рунете.

Но в какую бы нишу не прятались ЭЛИ, рано или поздно туда приходили светодиоды или жидкие кристаллы, и выкидывали их на мороз. В том числе из-за неудобного питания — техника всё больше переходила на низковольтный постоянный ток, и ЭЛИ в этот тренд совершенно не вписывались, в отличие от LED. Куда проще запитать ту же подсветку напрямую от батарейки, чем городить в корпусе наручных часов или мобилы преобразователь из трёх вольт постоянки в полтораста переменки.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Современные применения ЭЛИ

По состоянию на 2024 год из массовых применений в более-менее живом состоянии остались светобумага (очень тонкая гибкая светящаяся плёнка) и w:электролюминесцентный провод (он же светопровод, гибкий/холодный неон и EL wire, тонкий светящийся шнур). Используются они в основном в декоре и рекламе, но и оттуда их всё активнее выдавливают светодиоды, например в виде гибких герметичных лент. Хорошенько погуглив, можно найти вот такого производителя, предлагающего полностью прозрачные ЭЛИ в виде тонких пластинок и плёнок, которые можно наклеить на стекло и выводить всякую полезную информацию. Рендеры и рекламные картинки выглядят симпатично, но то, что в реале эта технология как-то не торопится захватывать мир, как бы намекает, что всё не так радужно.

Электромеханические индикаторы

Для индикации используют не свечение чего-либо, а (в основном) окрашенные в разные цвета пластинки, переворачивающиеся под действием электромагнита. Плюсы — потребляют энергию только в момент смены изображения, уже выведенная картинка хранится неограниченно долго, отлично читаются при ярком свете. Минусы — не видны в темноте без подсветки, содержат достаточно много тонкой механики со всеми вытекающими (а точнее, клинящими и отваливающимися). В своё время широко использовались во всяких общественных местах (вокзалы, биржи, стадионы и т. д.) К настоящему времени в основном вытеснены светодиодами и ЖК-панелями, но кое-где ещё сохранились.

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Часы с перекидным табло на фоне Билла Мюррея

• w:Блинкерные табло — матрица из множества «пикселей»-флажков, одна сторона которых окрашена в чёрный цвет («выкл»), а другая — в какой-нибудь яркий («вкл»). Можно выводить не только цифры, но и ЧБ-графику невысокого разрешения. Даже динамическую.
• Механические сегментные индикаторы — принцип тот же, что у блинкерных табло, только флажки вырезаны в виде сегментов всё того же классического сегментного индикатора.
• w:Перекидные табло — цифры или буквы изображены на пластинках, закреплённых на валу так, что к пользователю обращена только одна из них. Крутим вал — стопка пластинок «перелистывается», цифры меняются. Забавный факт — будильник с перекидным табло снимался в фильме «День сурка», где был одним из ключевых визуальных образов. Так что, вероятно, большинство читателей этот довольно редкий индикатор хоть раз да видело, пусть и не вживую.

Впрочем, этими тремя группами электромеханика не исчерпывается. В 40-е — 60-е производители изощрялись как могли, в результате чего наплодили множество странных средств отображения, не добившихся популярности. От банальных проворачивающихся барабанчиков с цифрами до совершенно удивительных систем наподобие вот этой, в которой картинка создаётся наложением до нескольких десятков (!) сетчатых фильтров, вдвигаемых в луч света рычажками, соединёнными с соленоидами. Или, например, вот такого частотомера, представляющего собой гребёнку из металлических «язычков» с разными резонансными частотами, обёрнутых проволочной катушкой. В зависимости от частоты тока в катушке, начинали вибрировать разные язычки. В общем, если кто-то заинтересовался темой — рекомендую вот эти плейлисты, там такого много.

Стрелочные индикаторы

Древнейший из упомянутых в этой статье типов индикаторов, появившийся за пару тысячелетий до электроники как таковой. Принцип предельно прост — стрелочка поворачивается движется по шкале, и указывает на то, что создатель прибора хотел донести до пользователя. При этом двигать стрелочку может что угодно — часовой механизм, пружина, гибкая мембрана, электрическое или магнитное поле, w:шаговый электродвигатель… Проблема в том, что автор правки не знал о них буквально ничего, а беглое гугление показало, что тема совершенно бездонная, и если расписывать все способы компоновки, классы точности и конструкции приводов, получится ещё одна такая же статья.

Считается, что стрелочные индикаторы позволяют считывать информацию быстрее и проще, чем цифровые. Поэтому в некоторых областях (например, в автомобильной промышленности) их продолжали использовать десятилетиями после появления полностью электронных альтернатив, несмотря на сложности, связанные с наличием тонкой механики. Доходило до того, что внутри устройства данные циркулировали и обрабатывались в цифровой форме, но для пользователя выводились на стрелочный индикатор, стрелку которого дёргал управляемый микроконтроллером шаговый двигатель. Сейчас, как правило, используют встроенные в приборную панель ЖК-экраны, на которые можно вывести сколь угодно вычурные циферблаты, нарисованные компьютером.

Стробоскопический дисплей

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Тот самый калькулятор

Вертящийся с большой скоростью барабан, на ободе которого вырезаны окошечки в виде цифр, а внутрь засунута лампочка (а точнее — тиратрон), загорающаяся в момент, когда на пользователя смотрит нужная цифра. Насаживаем n таких барабанов на общую ось, получаем цифровое табло на n разрядов. Единственный гуглящийся промышленный образец такого дисплея был установлен в советский настольный калькулятор середины 60-х. Больше подобные системы, судя по всему, ни в одной серийной конструкции не применялись. Причина достаточно очевидна — штука громоздкая, шумная и содержит относительно сложную механику. Зато у радиолюбителей довольно популярны конструкции наподобие propeller clock, HDD clock и т. п., работающие по плюс-минус похожему принципу. Совершенно непрактичные, зато выглядят круто и оригинально.