Принцип накопления заряда

Как уже говорилось, основным недостатком систем мгновенного действия является их низкая чувствительность, поскольку у них в образовании сигнала участвуют лишь те фотоэлектроны, которые эмитируются с участка фотокатода, соответствующего одному элементу изображения во время коммутации, хотя фотоэмиссия происходит со всей мишени постоянно.

Повысить эффективность работы фотопреобразователей можно за счет использования принципа накопления заряда, заключающегося в том, что световая энергия, облучающая элемент в меж коммутационный период, накапливается на специальном накопительном конденсаторе(рис. 7.3.а).

Рис. 7.3. Принцип накопления световой энергии:

а - эквивалентная схема; б – модуль ТВ системы с накоплением

Емкость Сэза счет фотоэмиссии накапливает заряд в течении кадра, а поскольку увеличение светового потока сопровождается увеличением фототока, то элементы имеющие разную освещенность получат различные заряды. Сигнал с элементарного конденсатора Сэполучается в результате его быстрого разряда коммутирующим лучом развертки за время tэна нагрузочный резистор Rн, причем, в идеале принцип накопления увеличивает напряжение сигнала в N раз, равное количеству элементов разложения, поскольку:

Q_зар = i_ф T_к ; i_раз = Q_зар/t_э = i_фT_к /t_э = i_ф N; u_ср = R_н i_ф N ,

где N-количество элементов разложения. Однако, на практике такой выигрыш получить не удается.

Рассмотренный процесс накопления зарядов реализован в ряде передающих трубок содержащих мозаичную или фотопроводниковую фотомишень, эквивалентная схема которой представлена на рис.6.4б.Она состоит из изолированных ячеек, каждая из которых содержит фотоэлемент и накопительный конденсатор. При проекции оптического изображения в цепях ФЭ возникает ток, пропорциональный освещенности, поэтому конденсаторы заряжаются до различных значений, образуя потенциальный рельеф. Преобразование потенциального рельефа в сигнал изображения происходит путем последовательной коммутации, электронным лучом развертки, накопительных конденсаторов в цепь нагрузки. Токи разряда накопительных конденсаторов, протекая через резистор нагрузки, включенный в цепь сигнальной пластины СП создают на нем сигнал изображения.

ВИДИКОН

Фоточувствительные поверхности, использующие явление внешнего фотоэффекта, обладают малой чувствительностью. Существенно увеличить чувствительность трубок можно, используя фотомишени, построенные на явлении внутреннего фотоэффекта - фотопроводимости. Кроме того, мишень из фотопроводящих слоев, являясь фоточувствительным элементом, одновременно накапливает световую энергию, что значительно упрощает конструкцию трубки, которые были разработаны в 1950 г.

Конструкция и принцип действия. Видикон отличается простотой конструкции, небольшими размерами и массой и является высоконадежной и дешевой передающей трубкой.

Конструкция видикона представлена на рис.7.4, где:

СП – сигнальная пластина(фотомишень);

ВС– выравнивающая сетка;

ФК – фокусирующие катушки;

ОК – отклоняющие катушки;

КК – корректирующие катушки;

А1 – первый анод;

А2 – второй анод

Ф - световой поток;

Uc – напряжение выходного сигнала.

Рис.7.4. Устройство видикона

Трубки типа видикон содержат 2 основных узла: фотомишень и электронную пушку. Фотомишень состоит из фотослоя и сигнальной пластины,которая представляет собой проводящий слой золота, платины или окиси олова, нанесенную на внутреннюю поверхность планшайбы и имеющую прозрачность более 90% и поверхностное сопротивление 200 Ом * см. На СП нанесен фотослой толщиной 1…3 мкм из соединения сурьмы, мышьяка, серы. Материал, из которого изготовлена мишень и его толщина определяют чувствительность, спектральную характеристику и инерционность видикона. Электронно-оптическая система содержит электронную пушку и мелкоструктурную выравнивающую сетку (ВС) помещенную перед фотомишенью. Пушка состоит из подогреваемого катода, управляющего электрода (УЭ), первого (А1) и второго (А2) анодов. Второй анод создает эквипотенциальную область, в которой происходит фокусировка и отклонение развертывающего луча. Потенциал выравнивающей сетки в 1,5-2 раза превосходит напряжение второго анода, что обеспечивает подход электронов ко всей поверхности фотомишени под прямым углом. Это обеспечивает равномерную фокусировку луча, и одинаковый исходный потенциал на всей поверхности мишени, что является одним из условий получения равномерного сигнала по всему полю изображения. Фокусировка, отклонение и коррекция траектории электронного луча осуществляетсявнешней магнитной системой,состоящей из длинной фокусирующей катушки ФК, отклоняющих ОК и корректирующих КК катушек.

На рис.7.5 представлена эквивалентная схема фотомишени видикона, которая поясняет процесс образования видеосигнала. На этой схеме каждый элемент фотомишени представлен емкостью конденсатора Сэ, образованного элементами сигнальной пластины и правой стороны мишени, который зашунтирован резистором Rэ, изменяющий свое сопротивление в зависимости от интенсивности освещенности этого участка. При отсутствии освещения фотослой имеет высокое – «темновое» сопротивление. При освещении мишени за счет поглощения энергии излучения внутри фотослоя возникают носители тока. При проекции изображения на мишень, сопротивления R_э оказываются различными. Возникает рельеф сопротивлений. При коммутации пучком медленных электронов потенциал правой стороны мишени устанавливается равным потенциалу катода = 0 (заземлен). Тогда под действием тока луча емкости заряжаются до потенциала сигнальной пластины. Между двумя коммутациями (период кадра) происходит разряд емкостей через элементарные сопротивления, а так как эти сопротивления разные (чем выше освещенность, тем меньше сопротивление), ток разряда будет тоже изменяться (меньше сопротивление – больше ток), и за это время оставшийся заряд на емкостях будет разный (больший ток – сильнее разрядиться емкость – меньше потенциал останется). Таким образом, рельеф сопротивлений преобразуется в потенциальный рельеф. Сигнал изображения образуется при последовательном прохождении участков мишени электронным лучом, выравнивающим рельеф, при этом на неосвещенных участках ток будет почти равен 0, т.к. здесь сопротивление было большим, значит, разряда почти не произошло, и от луча электроны отбираться не будут. А на ярких участках, где произошел почти полный разряд, луч потеряет большое количество электронов, т.е. ток заряда будет большим.

Характеристики. Спектральная характеристика видикона определяется свойствами фотомишени (соединения сурьмы, селена, мышьяка, серы) и могут быть чувствительны к инфракрасному, видимому, ультрафиолетовому, рентгеновскому излучениям.

Световая характеристикаопределяется зависимостью фотопроводимости мишени от освещенности и от заряда конденсатора, т.е. от напряжения на сигнальной пластине. Характеристика нелинейна, причем нелинейность изменяется при различных напряжениях на сигнальной пластине (g = 0,6 – 0,8). Она мало зависит от характера распределения освещенностей, что позволяет обеспечить высокий контраст.

Во время обратного хода луч запирается, т.е. ток полностью отсутствует. Для правильной передачи информации об уровне черного необходимо, чтобы на темных участках изображения тока тоже не было, т.е. не было бы разряда совсем. Но R_э ¹ ¥, значит небольшой разряд все же будет, и на темных участках протекает «темновой» ток, который отличается от тока во время гасящих импульсов. Причем этот ток зависит от напряжения на сигнальной пластине и может быть неравномерен по мишени. Поэтому при выборе режима работы трубки стремятся к получению минимального “темнового” тока, что увеличивает равномерность сигнала.