Лекции по курсу Основы телевидения (Лекции по курсу "Основы телевидения"), страница 3

Используют инфракрасные фильтры (стёклазеленоватого цвета) для непропускания ИК излучения на ПЗС или КМОПматрицу. Без них сильно искажается, например, свет пламени (сигаретавыглядит в виде расплывчатой белой точки). Но этот недостатокиспользуется в системах видеонаблюдения, где такой фильтр неиспользуется.5). Инерционность – запаздывание электрического сигнала отоптического воздействия.Приборы с зарядовой связью.Оптоэлектронные ПЗС преобразователи.Основа технологии – ячейки, состоящие из элементарныхМОП-конденсаторов.16IID11Под действием электрического поля происходит разделение основныхи неосновных носителей, и под электродом, формирующим это поле,образуется электрический заряд.При снятии потенциала заряд в этой элементарной ячейке можетхраниться достаточно долгое время (1 бит информации).При размещении на поверхности МОП-структуры ещё одногоэлектрода можно организовать перемещение зарядового пакета в соседнююячейку, приложив к этому электроду больший потенциал.2Для поступательного движения зарядовых пакетов необходима какминимум трёхэлектродная структура, управляемая последовательностямипрямоугольных (на практике трапециедальных) импульсов со сдвигом пофазе (обычно 120 градусов).

Таким образом можно подвести зарядовуюинформацию к выходному электроду ПЗС.Зарядовые пакеты могут формироваться не только под воздействиемвнешнего электрического поля, но и непосредственно внутри проводника засчёт различных электромагнитных воздействий, например, света(внутренний фотоэффект).В данном случае величина заряда будет пропорциональнаосвещённости элементарной ячейки.Задача ТВ оптоэлектронного преобразователя (ОЭП) – оценитьвеличину зарядовых пакетов всех элементов ПЗС, для чего используетсяразвёртка, реализованная на трёх электродных структурах.17IIDТелевизионные ПЗС матрицы с переносом кадра.112Объектив проецирует оптическое изображение на поверхность секциинакопления ПЗС матрицы. Здесь под действием энергии света происходитразделение носителей заряда на основные и неосновные, причём в разныхячейках различно – пропорционально освещённости.

В результате в слоеполупроводника формируется зарядовая картина, соответствующаяоптическому изображению.По окончании времени накопления одного кадра зарядовые пакетыпострочно перемещаются в секцию памяти. Это происходит за времяобратного хода по кадрам.Далее по закону развёртки зарядовые пакеты построчно перемещаютсяв выходной сдвиговый регистр, а из него поэлементно к выходу матрицы.Здесь предусилитель преобразует информацию о величине заряда вимпульсы напряжения или тока.

Огибающая этих видеоимпульсов и естьвидеосигнал.После опустошения секции памяти происходит перенос следующегокадра, и так далее.18IID11Преимущества ПЗС матрицы:+ почти линейная передаточная характеристика+ простота+ относительно малое энергопотребление+ малые вес и габаритыНедостатки:- конечная разрешающая способность- чувствительность в инфракрасном диапазоне (искажается отображениенагретых элементов)ТВ КМОП-преобразователи.Схема одной ячейки КМОП-матрицы.2В начальный момент времени на все элементы матрицы подаётсякоманда «сброс», при этом через соответствующий полевой транзистор всеконденсаторы заряжаются почти до напряжения питания.Далее по команде затвор параллельно конденсаторам подключаютсяфотодиоды. Начинается процесс разряда конденсатора фототоком (обратныйток).

Остаточное напряжение обратно пропорционально этому фототоку, а,следовательно, и освещённости ячейки.В чистом виде измерить напряжения на конденсаторе невозможно, т.к.оно будет дополнительно уменьшено за счёт разряда ёмкости через входноесопротивление измерителя (обычно АЦП).19IID11Поэтому выходной сигнал ячейки усиливается по мощности спомощью истокового повторителя, а далее по команде адрес через ключевойполевой транзистор поступает на шину данных (ещё в аналоговом виде).Сигнал со всех шин данных матрицы после их последовательногоопроса и образует видеосигнал.Преимущества:+ Единая технология изготовления фотодатчиков и элементовуправления+ Предельная дешевизна+ Наличие усилителя сигнала внутри ячейки+ Прямая адресация каждой ячейки (цифровой зум, изменение форматакадра, стабилизация изображения).2Недостатки:- Низкая чувствительность при реализации в чистом виде (фотодиодызанимают маленькую площадь).

Решение – микролинзы перед каждым изфотодиодов.- Нагрев матрицы из-за большого числа элементов управления,усилителей и т.д. Следствие – увеличение шумов. Решение – охлаждениематриц.- Недостаточно линейная передаточная характеристика из-за высокойнелинейности фотодиодов.Применение:КМОП-матрица – бытовая техника,ПЗС матрица – профессиональное оборудование. Бывает и наоборот, но этоисключение.ТВ электронно-оптические преобразователи.В большинстве случаев это экраны. Назначение – преобразованиеэлектрического видеосигнала в видимое изображение.Способы реализации:1). Непосредственное преобразование электрической энергии в свет.

Поэтому принципу работают плазменные панели, кинескопы, OLED экраны,экраны на дискретных светодиодах.2). Модуляция светового потока внешнего источника. Светоклапанныесистемы: ЖК экраны, матрицы микрозеркал. В качестве источниковиспользуются люминесцентные и ксеноновые лампы, светодиоды, падающийсвет. Последний используется в электронных книгах, калькуляторах и т.п.2011IIDКинескопы.2Кинескопы – специализированные электронно-лучевые трубки дляотображения движущихся оптических изображений.1 – электронная пушка, или электронный прожектор – формируетпоток электронов и модулирует его по плотности2 – магнитная отклоняющая система – состоит из двух пар взаимноперпендикулярных катушек, обеспечивающих вертикальное игоризонтальное отклонение.3 – стеклянный баллон4 – слой люминофора – светится при попадании потока электронов5 – внутреннее алюминиевое покрытие экрана – не пропускает влюминофор тяжёлые ионы из электронной пушки.6 – внутреннее токопроводящее покрытие – за счёт подведенияпотенциала в несколько десятков киловольт формирует мощное ускоряющееполе для потока электронов.

В результате увеличивается яркость экрана7 – вывод второго анода (подача ускоряющего напряжения в десяткикиловольт)8 – внешнее графитовое покрытие – образует вместе с внутреннимтокопроводящим покрытием конденсатор, дополнительносглаживающий пульсации высокого напряжения.2111IIDЦветные кинескопы.2Цветное изображение формируется методом пространственногосмешения цветов. Используется трёхрастровая система из трёх разноцветныхRGB растров, совмещённых с достаточной точностью (так называемоесведение).Для реализации трёхрастровой системы необходимо наличие 3-хлюминофорных групп на поверхности экрана, 3-х электронных пушек,устройства разделения потоков электронов (теневая маска).По способу расположения электронных пушек в пространстверазличают:1).

Дельта-кинескопы (пушки расположены по вершинамравностороннего треугольника)2). Компланарные кинескопы (пушки лежат в одной плоскости)1 – три электронные пушки2 – отклоняющая система3 – блок сведения лучей4 – люминофор из трёх люминофорных групп5 – теневая маска (тонкая стальная пластина, содержащая болееполумиллиона отверстий диаметром 0,35 мм, обеспечивающая такназываемый принцип попадания). Эти отверстия прожигаются приэлектроэрозионной обработке.2211IID2Три электронных потока, раздельно модулируемые по плотности,ускоряющим полем направляются в сторону экрана, попутно отклоняясьобщей отклоняющей системой по законам развёртки.На пути этих 3-х потоков в непосредственной близости от экранарасположена теневая маска, содержащая больше число отверстий строгонапротив центра люминофорных групп, расположенных на поверхностиэкрана.Расположение электронных пушек, теневой маски и люминофорныхгрупп подобрано таким образом, чтобы зёрна люминофора определённогоцвета со своих позиций через отверстие в маске «видели» только одинопределённый электрод от прожектора.

Два других прожектора для этихточек экранированы теневой маской.Преимущества кинескопов:+ предельно большие углы обзора+ достаточно большой динамический диапазон+ непрерывная и гладкая передаточная характеристикаНедостатки:- сложность конструкции- высокие питающие напряжения- большие габариты и вес- недолговечность (за счёт потери эмиссии катодов)2311IIDПлазменные панели.1, 2 – переднее и заднее стекло матрицы3 – вертикальная электродная структура (столбцы)4 – поджигающие электроды (упрощают возникновение тлеющегоразряда)5 – горизонтальная электродная структура (строки)6 – среда инертных газов7 – тлеющий разряд (плазма – ионизированный газ), светится в УФ8 – линейчатый люминофор (преобразует УФ в видимый свет)9 – диэлектрические перемычки (изолируют полоски люминофора,придают панели дополнительную прочность).242Относятся к приборам, непосредственно преобразующимэлектрическую энергию в свет.

В основе работы лежит тлеющий разряд всреде разряженных инертных газов (неон, аргон, криптон).Под действием электрического поля, сформированного в точкахпересечения горизонтальных и вертикальных электродных структур,возникает тлеющий разряд, причём основное излучение происходит вультрафиолетовой области. Это излучение заставляет светиться зёрналюминофора, расположенные в непосредственной близости. Это свечениепроисходит в видимом оптическом диапазоне. Люминофор состоит извертикальных полосок RGB цветов, и каждый пиксель формируется изсубпикселей красного, зелёного и синего цвета.Структура люминофора.11IID2Для управления яркостью отдельных элементов экрана используетсяширотно-импульсная модуляция (ШИМ), т.е.

пиксели и субпикселивключаются и выключаются на определённое время, а потом гаснут.Разрядность шин последовательности определяет динамический диапазонплазменной панели.При малой разрядности передаточная характеристика имеет ярковыраженный ступенчатый характер, что приводит к существенномуухудшению передачи полутонов.Преимущества:+ большие углы обзора+ большая яркость+ высокая контрастностьНедостатки:- сложность конструкции- большое энергопотребление, выделение тепла- большой вес- выгорание люминофораOLED.Органические светодиоды.25IID111, 2 – переднее и заднее стёкла матрицы3 – вертикальная электродная структура4 – горизонтальная электродная структура5 – тонкие полимерные слои (их, как правило, от 2-х и более),образующие органические светодиоды разных цветовРабота OLED экранов основана на свечении нескольких миллионоворганических светодиодов, образующих общую матричную структуру.2Каждый светодиод образован двумя и более полимерными слоями вместах пересечения вертикальной и горизонтальной электронных структур.Светодиод светится под действием электрического тока, а ненапряжения.B, G – 3,3…3,6 ВR – 1,2…2 ВLi ioN – 3,7…4,2 ВСостав полимерных слоёв и их количество определяют свет свеченияотдельных субпикселей и, как следствие, пикселя.

При одновременномвключении 3-х субпикселей пиксель светится белым. Управляяинтенсивностью свечения отдельных субпикселей, можно получитьпрактически любое многообразие цветов.Способ управления – управляемые источники тока, в простейшемслучае – ШИМ.Преимущества:+ предельно высокая яркость и контрастность (самый высокийдинамический диапазон среди всех устройств отображения)+ большие углы обзора+ относительная простота управления (малые напряжения, небольшиетоки)Недостатки:- предельно высокая стоимость при производстве больших экранов(высокая вероятность «битых» пикселей и субпикселей)- относительно малая долговечность из-за различного срока службысветодиодов разных цветов (максимум 5-8 тысяч часов для синих)26IIDСветодиодные экраны на дискретных светодиодах.112Рекламные щиты, световое оформление сценических площадок.Представляют из себя большие панели (площадь порядка кв.