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高柳健次郎がテレビ受像機で「イ」の文字の画像の伝送に成功 1926年(大正15年) 12月25日


高柳健次郎

 高柳 健次郎(たかやなぎ けんじろう、1899年明治32年)1月20日 - 1990年平成2年)7月23日)は、日本工学者日本ビクター元副社長・技術最高顧問。静岡大学名誉教授日本のテレビの父と呼ばれる。文化勲章受章。

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ブラウン管に「イ」の文字の画像の伝送


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高柳健次郎

戦前

静岡県浜名郡和田村(今の静岡県浜松市東区安新町)に生まれた。静岡師範学校を経て1921年、東京高等工業学校(現・東京工業大学)附設工業教員養成所卒業。同年、神奈川県立工業学校(現・神奈川県立神奈川工業高等学校)教諭、1924年(大正13年)に浜松高等工業学校(現・静岡大学工学部)助教授となり「無線遠視法」(テレビジョン)の研究を本格的に開始する。

大正天皇崩御した1926年12月25日、高柳はブラウン管による電送・受像に世界で初めて成功した[1]。送像側にニプコー円板を、受像側にブラウン管を用いて、片仮名の「イ」の文字を送受像した[1]走査線の数は40本だった。「イ」の文字はいろは順の最初の文字として選んだ。

1937年、NHKに出向し東京オリンピックのテレビ放送を目指してテレビ受像機の研究を本格的に開始。しかし1938年日中戦争が激化するなどで東京オリンピックは中止、テレビの研究も中断させられレーダー奮龍の誘導装置などの研究をすることになる。


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テレビ伝送実験装置の再現展示(NHK放送博物館)

戦後

終戦後、NHKに戻ってテレビの研究を再開するがGHQの指令によりテレビの研究を禁止させられた。

その後、1946年に日本ビクターに高柳の弟子と共に入社。自身が中心となりNHK、シャープ東芝と共同でテレビ放送技術とテレビ受像機を完成させた。

1946年産官学共同でテレビ技術の研究開発を行う団体として組織されたテレビジョン同好会(1950年テレビジョン学会に改称)の委員長に就任。同学会はその後文部省認可の社団法人テレビジョン学会(1996年に社団法人映像情報メディア学会と改称)に改組された。同学会は初代会長・丹羽保次郎とともに健次郎の功績を記念して、優れた研究・業績に対する丹羽高柳賞を設定している。

顕彰等

高柳らによる実験を模擬的に再現している教材が、日本ビクター久里浜技術センターにある記念館、NHK放送博物館、後述する静岡大学にある記念館、各地の科学館、などにある。

高柳の教え子には浜松ホトニクスの創業者・堀内平八郎松下電器製作所(現・パナソニック)の久野古夫などがいる。

浜松市中区城北にある静岡大学浜松キャンパス内に静岡大学高柳記念未来技術創造館があり、高柳の業績の一部が収蔵・展示されている。また、同館内には、IEEEマイルストーンの銘板、胸像がある。

2011年1月20日、誕生日を記念してGoogle日本版のホームページのロゴが特別バージョンとなった(画像)。


機械式テレビジョン

機械式テレビジョン(Mechanical Television)は、窓付きの回転する円盤を用いて走査を行うなどの機械的な方式により、テレビジョンを実現する技術である。比較的初期のテレビジョンにおいて用いられた。撮像と表示には機械を使用するが、映像の伝送にはエレクトロニクス電波が用いられていた。

その後、1920年代に撮像管ブラウン管などを応用した電子式のテレビジョンが開発され、機械式テレビジョンは陳腐化したが、1980年代に開発されたDLPは、デジタルミラーデバイスを応用した新たな機械式テレビジョンである

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1928年の自家製機械式走査テレビ受信機。「画像を生成するテレビ」(右側)は、ネオンランプの前に、ニプコー円板と呼ばれる一連の穴が開いた回転する金属ディスクを使用している。ランプの前を通過するディスクの各穴は、画像を構成するスキャンラインを生成する。「テレビ受信機」(左側)からの映像信号がネオン管に当てられ、各点の画像の明るさによって明るさが変化する。このシステムは、毎秒7.5フレームのフレームレートで、48本のスキャンラインを備えた1.5インチ(3.8 cm)の正方形の薄暗いオレンジ色の画像を生成していた。


歴史

初期の研究

最初の機械的ラスタースキャン技術は、19世紀にワイヤーによる静止画送信のファクシミリ用に開発された。1843年から1846年に、アレクサンダー・ベインはファクシミリ機を導入した。1851年に、フレデリック・ベイクウェル英語版は実用的な実験室バージョンを示した。1856年以降、ジョヴァンニ・カゼッリ英語版によって、電信線で動作する最初の実用的なファクシミリシステムは開発され、実際に使用された[1][2][3]

1873年に、ウィロビー・スミスは、元素セレン光伝導性を発見し、ほとんどの機械式スキャンシステムでピックアップとして使用されたセレンセルの基礎を築いた。

1885年、オーストラリアのバララットにいたヘンリー・サットン は、ニプコー円板システム、セレンフォトセルニコルプリズムカー効果セルに基づいて、電信線を介して画像を送信するためのテレファンと呼ばれるものを設計した。 1890年に、サットンの設計は国際的に公開された。静止画像を送信および保存するためのその使用の説明は、1896年にワシントンのイブニングスターで公開された。

画像の瞬間的な送信の最初のデモンストレーションは、テレビ受信機のピクセルとして25個のセレンセルを配置したドイツの物理学者エルンスト・ルーマーによって行われた。1909年後半、彼はベルギーで、パレ・ド・ジャスティス(ブリュッセル)から115 km(71マイル)の距離にあるリエージュ市への電話線による簡単な画像の送信を成功裏に実証した。このデモンストレーションは、当時「世界初のテレビ機器の実用モデル」と評されていた。要素の数が限られているため、彼のデバイスは単純な幾何学的形状しか表現できず、コストが非常に高かった。セレンセルあたり15ポンド(45米ドル)の価格で、4,000セルシステムは60,000ポンド(180,000米ドル)の費用がかかり、10,000セルのメカニズムは「風景の背景を必要とするシーンまたはイベント」を再現できると見積もっていた。150,000ポンド(450,000米ドル)の費用がかかった。ルーマーは、ブリュッセル万国博覧会が、博覧会のショーケースとして、大幅に多くのセルを備えた高度なデバイスの構築を後援することへの期待を表明した。しかし、250,000ポンド(750,000米ドル)の推定費用は高すぎることが判明した

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エルンスト・ルーマーは、25エレメントのセレンセル受信機を使用して、電話回線を介して単純な形状の画像を送信できる実験的なテレビシステムを実演した(1909年)

機械式テレビジョンの作動原理

円盤による物

典型的な機械式な部分はニプコー円板である。螺旋状に穴があいている。カメラは光電素子を用いて回転するニプコー円板の穴を通過してもたらされる光の強弱を検出する。


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Television Machine with 4 LED - Strips


鏡を使ったもの

DLPはスクリーン側と何もない側の二方向に可動する鏡を画素ごとに配置し、光の有無を制御している



ニプコー円板


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ニプコー円板Nipkow disk または Nipkov disk、ニポー円板、ニポウディスクとも。)とは、パウル・ニプコウが発明した機械式画像走査器具である。この走査円板は1920年代の機械式テレビジョンの基本構成部品であった。

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物理的構造

この器具自体は適当な材質(金属、プラスチック、厚紙など)の回転する円板であり、等間隔で穴が開けられている。

穴の位置を結ぶと、外から円板の中心へと向かう螺旋になっていることがわかる。ちょうどレコード盤の溝に似ている。円板が回転するとそれぞれの穴はリング状の軌跡を描き、そのは円板の中心からの位置で決まる。また、リングの太さは穴の径によって決まる。各リングが互いに重なるかどうかは円板の製作時の精度に依存する。

動作原理

レンズを使って画像を円板に直接投影する。螺旋上のそれぞれの穴から画像の水平なスライスが得られ、センサーがそれを明るさのパターンとして検出する。この信号を光に変換し、同期して回転する別のニプコー円板を通して再構成することで同じ画像が得られる。ただし、この場合得られる画像の大きさはオリジナルと同じである。

回転するニプコー円板を通して物体を見たとき、比較的小さな扇形の窓(例えば円板の8分の1から4分の1の角度)を通して見ると、物体が回転する穴の軌跡を通して見えることになる。円板の回転が十分高速であれば、物体は完全に見えることになる。これはちょうど映画の撮影と似ており、動きを捉えることもできる。

直観的には、黒い厚紙の円板の一部だけをくりぬいて回転させることを想像すれば理解できるだろう。

ニプコー円板の画像走査器具としての弱点は、走査線が直線ではなく、曲線を描いている点である。現代の電気式テレビは走査線で画像の上端から水平方向に走査し、順次下方に移動させてゆくが、ニプコー円板では画像の外縁から渦巻状に順次中心向かって収斂する連続の点で走査することとなる。従ってニプコー円板は非常に大きな径が望ましく(つまり曲率が小さい)、窓はなるべく小さいのが望ましい。よりよい画像を得るには、なるべく小さな穴(マイクロメートル単位程度)を円板の外周に近い部分に開けることも考えられるが、技術革新によって画像走査法としては電子式が主流となった。

利用と応用

ニプコー円板の数少ない利点として、センサ(光を電気信号に変換する機器)として単純なフォトレジスタフォトダイオードが利用可能である点が挙げられる。ニプコー円板とセンサだけで画像が走査され、あとはタイミングを合わせる機構だけを考えればよい。ニプコー円板を駆動するモーターと光センサ、結像のための器具(レンズなど)だけで簡単な撮影機器が構成できる。

別の利点として、受像機器と撮像機器がほぼ同じ構成で製作可能という点が挙げられる。この場合、光センサを光源に置き換えて、送られてきた信号でその光源を駆動すればよい。同期の方法は別途考えねばならない(手動から電気信号制御まで各種の案がある)。

スコットランドの発明家ジョン・ロジー・ベアードは、これらの特徴を生かして世界初の機械式テレビを開発した。また、1920年代の実験的な画像ラジオ放送もニプコー円板を利用していた。


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電子式(ブラウン管)テレビジョン

高柳健次郎の最初の電子式テレビジョンの実験



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高柳はブラウン管を使用した電子式テレビジョンを世界で初めて提案しました。当時(大正13年~15年)(1924~26)はテレビカメラとしての送像の装置が電子式のものがなかったので、とりあえず、ニポー円板を用いて送像装置としての信号作りを行いました。

図において、墨で「イ」の字を書いた雲母版をニポー円板の直前に置き、ランプハウスから照明をあてるとき、ニポー円板には渦巻状に小さい穴が開いており、穴を通過した光は、ニポー円板の後ろに置いた光電管に光が入り電気信号を発生する。雲母版の墨の部分は光が透過せずに信号は無くなる。ニポー円板が回転すると「イ」の字を線状に走査することになり、電気信号が得られる。これを、増幅し電気信号として伝送し、受像機側でブラウン管の電子ビームを強弱して変調し、ニポー円板と同じようにブラウン管の電子ビームを走査すれば、ブラウン管上に「イ」の字が再現される。

ニポー円板の回転とブラウン管の電子ビームの走査とのタイミングを合わせなければならないので、ニポー円板の穴の隣にもう一つのタイミング用(同期信号)の穴がある。


撮像管

撮像管(さつぞうかん)は被写体の像を電気信号に変換(撮像素子)するための電子管である。テレビのプロセスの最初の段階を担う部分であり、固体撮像素子による撮像板に変わるまではビデオカメラの心臓部であった。のちに固体撮像素子が登場し、その後主流は管から板に変わっている。

機能部は真空にした筒状のガラス管に封入されており、先端に配置された撮像面に光学系により被写体の光学像を投影し、光の強弱を電気信号として取り出すものである。光-電気変換には、一般に内部光電効果を応用した光導電膜を用いることが多く、光導電膜の素材により様々な撮像管が開発された。例えば初期の撮像管であるビジコンには三硫化アンチモンを用いたものある。光の強弱によるこの光導電膜の抵抗変化を、撮像管を囲むように配置した偏向コイルなどによって走査される陰極からの電子ビームで外部に読み出すのが基本動作原理である。

世界で初めて作られた撮像管は1927年にフィロ・ファーンズワースのつくったイメージディセクタであり、実用的な撮像管として最初のものは1933年にウラジミール・ツヴォルキンのつくったアイコノスコープ (Iconoscope ) である。

電子管の一種であることから、固体撮像素子に比べて性能維持や調整に手間がかかる。また固体撮像素子の品質が向上し、放送用として充分な画質を得られるようになったことから次第に固体撮像素子に置き換わり、現在では高感度暗視カメラなどの特殊な用途に使われている

初期の撮像管

イメージディセクタ

イメージディセクタ (Image dissector ) は1927年にフィロ・ファーンズワース(P. T. Farnsworth )が発明した世界初の撮像管である。感度が低く実用にはならなかった。

アイコノスコープ

ティハニィ・カールマンが電子カメラ管を発明した5年後の1931年、ウラジミール・ツヴォルキン(Vladimir Zworykin )は画像を光反応物質で捉えることに特化した真空管の特許を出願した。光電面に光が照射されて電荷が生じた所を電子線により走査する事で電荷量に応じた電流が流れることで画素の光の強弱を電気信号に変換する仕組みである。イメージディセクタと比較して約5000ルクスでの撮影が可能と高感度で、容易に鮮明な画像を得ることができた。アイコノスコープは1936年から1946年までのあいだ、イメージオルシコンに置き換えられるまで初期のアメリカでの放送に用いられた

構造は右図のようになっており、図の右上からレンズを通って入射した画像は光電面に投影される。光量に応じ光電素子のモザイクに電荷が蓄積される。陰極線が光電面を走査すると電荷が放電し、図の左から増幅器へ画素の明るさに応じた電流が流れる仕組みになっている。



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アイコノスコープカメラ



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米国公開特許公報記載の、ツヴォルキンのアイコノスコープの図 1931年


イメージオルシコン

イメージオルシコン (Image Orthicon 、IO)は上記のイメージディセクタにRCAのアルバート・ローズ (Albert Rose ) 、Paul K. Weimer,とHarold B. Lawが発明したオルシコン技術を組み合わせたもので、1939年から1940年に原型が開発された。その後、アイコノスコープを置換しテレビの分野に大きな影響を与えた。1960年代まで一般的に使用されていた。その名はテレビ普及開始時代の撮像管の代名詞のように扱われる。

業界での愛称が"Immy"で、これを女性化した"Emmy" がアメリカテレビドラマを始めとする番組のほか、テレビに関連する様々な業績に与えられる賞であるエミー賞の名前の由来である


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イメージオルシコンカメラ


さまざまな撮像管

ビジコン(Vidicon、通称:hivicon tube)
ターゲット材料に光導電体Sb2S3を使用し光導電面に電荷を蓄積する蓄積型撮像管である。1950年代にRCAのPK WeimerとSV ForgueとRR Goodrichによって開発された。当初は光導電体にセレンやシリコンダイオードアレイが使用された。

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ビジコン(2/3インチ管)

プランビコン (Plumbicon)
フィリップスの商標である。光電面が酸化鉛(PbO)のビジコンである。放送局で使用された。出力は弱かったが、信号/雑音比が優れていた。イメージオルシコンに比べて解像度が優れていたが、輪郭が不自然だった。CBSはプランビコンによって生成された映像の輪郭補正回路を初めて開発した。
プランビコンはサチコンと比べてコメットテールの長さは短く、わずかに高い解像度を有していた。1980年以降、ダイオードガンプランビコンの開発により、双方の性能は放送用レベルの頂点に達した。放送用カメラはCCDにとって代わったが、医療分野では現在もプランビコン管は使用されている。
サチコン (Saticon)
NHK放送技術研究所日立製作所が開発した。日立とトムソンとソニーの商標である。光電面はセレン砒素テルル(SeAsTe)である。価格はプランビコンと比較しても安価で高性能であったことから、放送用・業務用ビデオカメラにとどまらず、家庭用ビデオカメラや、後述のトリニコンの開発にも貢献した。初期のアナログ・ハイビジョンカメラの撮像部は静電収束・静電偏向(SS)型サチコン管を使用していた。

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サチコン


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サチコン搭載カメラ


Pasecon
Heimannの商標である。光電面はカドミウムセレン(CdSe)である。
ニュービコン
ニュービコン、ニューコスビコンはパナソニックが開発しパナソニックの商標である。高感度であった。光電面は亜鉛セレン(ZnSe)、亜鉛カドミウムテルル(ZnCdTe)である。
トリニコン (Trinicon )
ソニーが開発しソニーの商標である。垂直の縞状のRGBフィルターが受光部にあり、赤、緑、青を走査する。放送用のカメラは各色にそれぞれ1本の撮像管を使用していたのに対してローエンドのカメラやカムコーダーにはこの1本で3色受け持つ撮像管が使用された。1980年代DXC-1800やBVP-1に使用された。CCDの普及により使用されなくなった。

高感度撮像管

イメージインテンシファイア (Image Intensifier、I.I.)
夜間の暗視用として開発された。極微弱な光を検知・増倍して像を得る。光電面はGaAs、GaAsP、InGaAs等が使用される。
ハープ(High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor、HARP)
NHK放送技術研究所日立製作所が開発した超高感度撮像管である。光電面はa-Se


HEED-HARP撮像板
上記のHARPにパイオニアが独自開発した「高効率電子放出素子」(High-efficiency Electron Emission Device = HEED〈ヒード〉)を組み合わせた撮像板

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HARP管

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ハイビジョンに対応したスーパーHARPカメラ


高柳健次郎



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高柳健次郎は明治32年(1899)静岡県浜名郡和田村(現:浜松市安新町)に、高柳太作・みつの長男として生まれました。小さい頃は体が弱かったのですが、母親の手厚い養育の結果、和田尋常小学校を卒業しました。

健次郎は、教師になりたいと思い、静岡師範学校(現:静岡大学教育学部)に進みました。そこで、物理学ことに電子による蛍光発光に強い興味を持ち、東京高等工業学校(現:東京工業大学)に進学し、大正10年同校を卒業しました。その後、神奈川県立工業学校の教師となりましたが、これは、高柳の希望を満足させるものではありませんでした。

大正13年、浜松に新設された浜松高等工業学校(現:静岡大学工学部)の助教授として迎えられ、かねてよリ考えていたテレビジョンの研究をしたい、という希望を校長に申し出て、ここで「無線遠視法」(現:テレビジョン)の研究を始めました。当時ラジオ放送も未だ一般的には普及していない頃で、普通の人には想像もつかないものでした。

大正15年(1926)ニポー円板による撮像とブラウン管による表示方法で「イ」の字の表示に成功しました。ブラウン管を使った電子式テレビジョンの世界最初の実験でした。昭和5年(1930)には昭和天皇にもテレビジョンの実験をお見せすることができました。その後、昭和10年にはアイコノスコープによる撮像方式を取り入れ、全電子式テレビジョンを完成させました。

この頃、テレビジョンの将来性に期待がもたれ、昭和15年に予定されていた東京オリンピックをテレビ放送するという計画が国家プロジェクトとして取り上げられ、研究が大き<加速されました。高柳は昭和12年浜松高等工業学校教授のまま、NHK技術研究所に出向し、日本のテレビ技術開発のリーダーを努め、昭和13年には現在のテレビ規格に近い走査線数441本毎秒25枚の技術を完成させました。その後、第2次世界大戦の勃発によリテレビジョンの研究は中断されました。

戦後、高柳はテレビジョンの研究を進めるために、日本ビクター(株)に入社し、テレビジョンの技術革新とテレビ放送の実用化に尽力しました。昭和24年(1949)にはテレビジョンの放送が始まり、昭和35年にはカラーテレビの放送も始まりました。この間、高柳は日本のテレビ開発、テレビ産業技術のリーダーとして活躍しました。

昭和34年(1959)には世界に先駆けて、2ヘッド方式のビデオテープレコーダーを完成させ、ホームビデオの世界的普及とVTR産業の発展に貢献しました。このように、高柳はテレビジョンに関する技術の礎を築き、さらに、大きなテレビ産業として発展する技術のリーダーとしての役割を果たしました。その結果、日本のテレビジョンの技術は世界で最も進んだものとなりました。

こうした功績により、昭和56年(1981)文化勲章を受賞、昭和62年浜松市名誉市民に推挙され、昭和63年日本人では初めてアメリカSMPTE(映画テレビ技術者協会)の名誉会員に選ばれました。平成元年(1989)勲一等瑞宝章を授与されました。


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高柳健次郎テレビ開発年譜

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浜松にある高柳健次郎の顕彰碑

[浜松市牛山公園] NHK放送局前(西側)

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昭和36年10月15日完成
NHK浜松放送局からテレビ電波放送が開局されるのを記念して、旧高柳会館とともに記念事業として完成した。


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縦方向の走査線



[浜松市広沢] 西部公民館前(道路脇)

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昭和55年7月7日完成
この場所に於いて、浜松高等工業学校のテレビジョン研究の研究が始まったこと、電視研究施設があったことを記念する。

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横方向の走査線

[浜松市城北] 静岡大学浜松キャンパス(附属図書館分館・学生支援棟前)

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昭和60年6月完成

                                                    高柳先生銅像と研究の年譜の顕彰碑

                                                                     平成21年11月完成

                          IEEE(米国電気電子学会)マイルストーン賞受賞記念碑        



静岡大学高柳記念未来技術創造館

高柳記念未来技術創造館について

概要

旧高柳記念館は、「高柳健次郎先生の偉業を偲びテレビジョン発祥の地を記念する」ため、昭和36年9月に設立されました。平成19年11月、これを高柳記念未来技術創造館に衣替えし、高柳健次郎先生の偉業に加え、テレビジョンの社会(産業界)への波及効果についての 具体例などを展示しております。さらに、時代を創る技術開発によりマスコミに取り上げられた卒業生、および性能・サイズ・生産量などで世界一といわれる部品や製品、企業の紹介、学内で取り組んでいる最新技術や未来技術などを紹介・展示しています。なお、本館は30kWの太陽光発電を備え、断熱性に優れた構造を取り入れるなどエコロジーに考慮した施設となっています。

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高柳博士が実験に使用したブラウン管


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当時の技術で撮像された「イ」の字


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アイコノスコープ


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約60~70年前に使用されていたモノクロテレビ


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藤岡コレクション

本館所蔵の大型コレクションは、長野県上田市在住のテレビジョン技術者である藤岡清登氏から長年にわたって収集されたテレビジョンに関する歴史的所蔵品を寄贈していただいたものですすべてにわたって丹念な整備が行われており、ほとんどが作動できる状態であるうえ、ブラウン管やテレビジョン等の構造を知ることができる装置も多く、テレビジョンの発展の歴史を直接目で見て知ることができます。ここに藤岡氏への感謝の意を表すとともに、ぜひ多くの来館者にご覧いただきたく展示いたしておりま             612

       
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静岡大学内
無料(どなたでも閲覧いただけます)

休館日は毎週月曜です。見学には特にご予約の必要はございません。ご自由にご見学ください。

小中高等学校の授業や団体での見学ご希望の場合は、あらかじめご連絡いただけますと、できる限り説明等の対応をさせていただきます


・イロハのイ テレビ事始(浜松市博物館)
   2006年(平成18年)12月16日発行


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テレビの生みの親 高柳健次郎




高柳式テレビ NHK放送博物館






【おうちDEみらいーら第75弾】浜松偉人伝 高柳健次郎の巻



放送初期のテレビ機器 NHK放送博物館




teテレビジョン 日映科学映画製作所製作




昭和15年のテレビジョン実験放送風景




昭和14年テレビジョン実験放送




浜松市名誉市民 高柳健次郎氏逝く




電子の技術ーテレビジョン 東京シネマ1961年製作






八木アンテナ誕生! 八木秀次先生の話






NHK放送博物館 - 地域情報動画サイト 街ログ




映像へのこだわり50年 「テレビを変えた日立の技術」 - 日立




俺はアイコノスコープだ I am a Iconoscope (english subtitles)




夢であいましょう ~ To the Memory of My Mother




街頭テレビ




















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