「電視之父」高柳健次郎與他的電子顯像研究之路

使用陰極射線管顯像的電視

20世紀20年代，全世界都在積極研究「電視」這項「將影像傳送到遠方」的魔幻技術。1925年，英國的約翰·羅吉·貝爾德利用帶小孔的尼普科夫圓盤（一種對影像進行機械掃描的裝置——譯註），成功完成了分解並還原影像的機械式實驗。

出生於蘇格蘭的貝爾德用於實驗的機械式電視。該裝置使用德國人尼普科夫發明的圓盤，進行攝影與接收（Science Photo Library via Reuters Connect）

然而，自1923年以來也著手研究的高柳健次郎判斷，靠機械方式很難傳輸清晰影像，於是開始摸索其他方法。當時他想到，如果使用測量電子電荷量的陰極射線管，或許可以實現電視的攝影與接收。

陰極射線管是一種在真空中發射電子束，使其撞擊螢光材料從而發光的裝置。高柳健次郎認為，透過調節電壓變化控制電子束強度以形成明暗，並利用磁力使電子束偏轉，在水平與垂直方向掃描，便可以在螢光面上顯示影像。

後來，高柳健次郎得知英國人坎貝爾·斯溫頓早在 1911年就已在論文中提出過這種電子式電視的構想，由此更加確信自己的方向是正確的。不過，那篇論文對實際的技術研發並無幫助，他只能靠自己的力量來開展研究。

高柳健次郎設計了能夠穩定發射粒子的電子槍，以及根據影像亮度控制電子流強度的電極（控制柵極）等。經過反覆試驗，1925年，他與東京電氣（現東芝）合作，試製出用於電視的陰極射線管。

當時，傳送端仍然難以實現電子化，因此高柳健次郎決定使用機械式的尼普科夫圓盤，並開始組裝設備。他選擇了片假名「イ」字作為實驗的拍攝對象。由於攝影端的感光靈敏度低，必須使用強照明，他便在耐熱性強的雲母板上用墨汁寫下「イ」字作為拍攝對象。

控制柵極透過改變電壓，控制電子流強度，來改變畫面亮度；同時，電子束在磁力作用下發生偏轉，在水平與垂直方向進行掃描，使螢光面發光

高柳發明的電視陰極射線管（左圖，螢光顯示面直徑約13公分，掃描線共41條）與寫有「イ」字的雲母板（高柳健次郎財團提供）

高柳發明的電視陰極射線管（左圖，螢光顯示面直徑約13公分，掃描線共40條）與寫有「イ」字的雲母板（高柳健次郎財團提供）

儘管透過這項裝置，傳送端的尼普科夫圓盤旋轉時就能使影像顯像，但在高速旋轉下影像會發生扭曲、變形。於是，他採用與圓盤轉速一致的同步脈波來控制陰極射線管中電子束的方向，最終使「イ」字得以不變形且穩定顯示（每秒14影格）。這便是本文開頭所述那個激動人心的劃時代時刻。

該實驗成功的時間是1926年12月25日晚間。當高柳健次郎走出學校時，街頭正迴盪著報紙號外的叫賣聲，內容是大正天皇駕崩。雖然純屬巧合，但就在日本邁入昭和時代（1926年12月25日－1989年1月7日）之際，高柳健次郎的研究生涯也一步邁入了嶄新的階段。

高柳健次郎透過陰極射線管實現了穩定電子顯像，這一成果早於美國貝爾實驗室的電視傳輸演示，也早於美國發明家費羅·法恩斯沃斯在1927年進行的電子攝影與電子接收實驗，具有劃時代意義。然而，當時電子式電視尚未成為全球主流，儘管實驗獲得成功，其研究仍難獲得充足資金支持，甚至一度被教授建議轉向當時已開始試播的機械式電視。

儘管如此，高柳健次郎始終堅信，電視的顯像需要複雜操作與高速處理技術，因此唯有電子式電視才具有未來。1930年，他成功研製出亮度提升1000倍、螢光面直徑擴大至約30公分的陰極射線管。同年，昭和天皇視察了他的研究，他也晉升為教授，獲得文部省正式研究計畫支持，得以招募十餘名包括副教授在內的研究人員。