Джакония В.Е., Гоголь А.А., Друзин Я.В. Телевидение (4-е издание, 2007) (1143036), страница 29
Текст из файла (страница 29)
6.7. Спектральная характери- стика чувствительности плюмбякона щеИ инерционности, во-вторых, к более полному поглощению падающего на мишень света, что повьппает чувствительность мишени. Эквивалентная схема элементарного участка мишени плюмбикона представлена на рис. 6.5,б. Опа отличается от схемы на рис.
6.1,б включением фотодиода р-т-и типа. Из-за большой ширины запрещен- ной зоны слоя т скорость тепловой генерации носителей тока мала, что существенно уменьшает темновоИ ток, а следовательно, увеличивает темновое сопротивление мишени тс,, В момент коммутации р-т'-п переход смещается в обратном направлении, что дополнительно увеличивает В,. Повышенное рассеяние света вызывает образование ореолов и бликов вокруг ярких деталей изображения.
Для устранения этого явления трубки с фотодиодноИ мишенью из окиси свинца снабжены противоореольным стеклянным диском 1 (рис. 6.5,0) толщиной около 6 мм, закрепленным на входном окне И с помощью оптиче- скоИ склейки. Световая характеристика плюмбикона линеИна (рис. 6.6) в широком диапазоне освещенности (штриховая линия). Показатель нелинейности Т для этой трубки лежит в пределах 0,95~0,05. Малый разброс этого параметра указывает на высокую его воспроизводимость, что является большим достоинством фотоднодноИ мишени при работе в многотрубочных камерах цветного телевидения (ЦТ).
Плюмбикон обеспечивает высококачественное изобраясение при рабочеИ освещенности мишени 5...8 лк и, таким образом, несколько уступает по этому параметру видикону. Плюмбнкон обеспечивает равномерную по полю разрешающую способность, равную 600 линиям, при высоком отношении сигнал,Упомеха, достигающем 200:1. Малое значение темпового тока (0,5...3 нА) и его высокая равномерность (1 тю) обусловливают воспроизведение плюмбиконом уровня черного. Существенным преимуществом плюмбикона перед вндиконом является его малая инерцяонность. Остаточный сигнал спустя кадр 126 ЧАСТЬ П.
Принпипы построения преобразователей после выключения света не превышает 5 %. Для снижения инерционности при передаче движущихся объектов с низким уровнем освещенности применяется дополнительная подсветка мишени, Спектральные характеристики плюмбякона приведены на рнс. 6.7. Кривая 1 характеризует спектральную чувствительность трубки с нелигированной мишенью. Спад характеристик в длинно- волновой части видимого спектра затрудняет использование трубки с такой мишенью в «красном» канале многотрубочной камеры цветного телевидения. Легирование окиси свинца серой способствует смещению спектральной характеристики в длинноволновую область (кривая 2). При этом мишень приобретает чувствительность и к не- воспринимаемому глазом излучению ближней инфракрасной области спектра.
Для подавления излучения с длиной волны свыше 720 нм на противоореольный диск трубки нанесен интерференционный светофильтр с полосой пропускания в области 400...720 нм. Кривая 3 соответствует спектральной чувствительности такой трубки. Линейная световая характеристика плюмбикона (см. рис. 6.6) приводит к тому, что при освещенности мишени, превышающей рабочую в 2-3 раза, потенциальный рельеф возрастает настолько, что ток луча становится недостаточен для полной коммутации «пересвеченных» участков мишени. При передаче движущихся объектов с повышенной яркостью на экране возникают дефекты изображения в виде тянущегося следа («хвосты кометы»). Для устранения этого дефекта в последних выпусках трубок (ЛИ-457, ЛИ-458) используется так называемый антикометныИ прожектор, с помощью которого «пересвеченные» участки мишени дополнительно считываются лучом с увеличенным током (100...
150 мкА) во время обратного хода по строке, что обеспечивает полную коммутацию участков мишени с освещенностью, более чем в 30 раз превышающей номинальную. В результате такого дополнительного считывания световая характеристика плюмбикона получает характерный излом (см. рис, 6.6, сплошная линия). Высокие показатели трубок с окисно-свинцовой мишенью в сочетании с минимальной инерционностью и линейностью световоИ характеристики сделали их наиболее подходящими отечественными приборами для передающих камер ЦТ.
6.4. Твердотельные фотоэлектрические преобразователи изображения Микроминиатюризации ТВ передающеИ аппаратуры тормозилагь использованием в неИ в качестве преобразователя свет — сигнал элгктровакуумного прибора, обладающего достаточно большими габарнтамп и сложноИ системоИ управления электронным лучом. В связи с зтпм и течение многих лет велись широкие поисковые работы н нпп1>авлении безвакуумных ана.пизирующих устройств — аналогов ТВ передающих электронно-лучевых трубок. Развитие твер- ГЛАВА 6. Телевизионные преобразователи свет — сигнал 127 дотельной технологии, технологии тонкопленочных покрытий позволило разработать твердотельные матричные фотоэлектрические преобразователи ФЭП изображения, состоящие из массива фоточувствительных элементов, расположенных в местах пересечения проводящих шин.
В качестве фоточувствительных элементов такой матрицы могут быть использованы фотосопротивления, фотодиоды, фото- транзисторы с коммутацией фоточувствительных элементов в направлении координат Л и У тонкопленочными сдвиговыми регистрами. Фотогенерированные заряды в такой матрице собираются на общую шину, емкость которой пропорциональна числу фоточувствительных элементов. Эта емкость, являясь одной из составляющих входной емкости предварительного усиления камеры, ограничивает достижимое отношение сигнал/шум на его выходе ~23]. Следовательно, увеличение разрешающей способности такой матрицы приводит к ухудшению отношения сигнал/шум, т.е. существовала альтернатива; высокая разрешающая способность — малое отношение сигнал/шум и наоборот.
Кроме того, изображение, получаемое с таких матриц, страдало наличием фиксированного геометрического шума в виде большого количества вертикальных полос, устранение которого являлось достаточно слозкной задачеИ. Перечисленные недостатки фоточувствительных матриц с координатноИ адресацией не позволили создать на их основе ФЭП с числом элементов разложения более чем 256х256, а изобретение к этому времени прибора с зарядовой связью (ПЗС) открыло новое направление работ по созданию твердотельных ФЭП с числом элементов разложения, соответствующим стандарту телевизионного вещания, В основе прибора с зарядовой связью ПЗС лежат свойства структуры металл — окисел — полупроводник (МОП-структура), способной собирать, накапливать и хранить зарядовые пакеты неосновных носителей в локализованных потенциальных ямах, образующихся у поверхности полупроводника под действием электрического поля.
Зарядовые пакеты возникают под действием светового излучения, а переносятся они путем управляемого перемещения потенциальных ям в требуемом направлении. Таким образом, ПЗС работает как аналоговый сдвиговый регистр, обладающий способностью собирать, накапливать и хранить зарядовую информацию. Основным достоинством ПЗС является принцип последовательного переноса зарядовой информации от отдельных элементов матрицы к единственному выходному устройству, преобразующему зарядовые пакеты в сигнал изображения.
Входная емкость такого устройства может не превышать 0,1 пФ. В результате улучшается отношение сигнал/шум на выходе предварительного усилителя, а следовательно, и предельная чувствительность прибора. Все ячейки матрицы одинаково чувствительны к действию помех от тактовых импульсов. Поэтому геометрический шум, возникающиИ от этих помех, легко компенсируется. 128 с>АСТЫ1. Прннпнпы построення преобразователей Неосновные носители Основные носители Обедненна обласп Рвс. 6.8.
Конденсатор МОП-структуры Объясним принцип работы прибора с зарядовой связью. Основным элементом ПЗС является конденсатор МОП-структуры, одна из обкладок которого — металлический электрод, вторая — полупроводниковая подложка(р- или п-проводимостн). Диэлектриком является окисел беспримесного полупроводника, наносимый в виде тонкого слоя на подложку. В изображенном на рис. 6.8 МОП-конденсаторе в качестве полупроводника использован кремний дырочного типа проводимости. Диэлектриком служит слой двуокиси кремния толщиной 0,1 мкм.
В полупроводнике дырочиого типа проводимости основными носителями заряда являются дырки. При приложении к металлическому электроду положительного потенциала основные носители (дыр>сн) в слое кремния, прилегающем к границе с окислом, будут отталкиваться от электрода и, покинув поверхностный слой, отойдут в толщину полупроводника. Под электродами образуется область, обедненная основными носителями, — потенциальная яма, глубина которой зависит от приложенного напряжения (напряжение на затворе У), степени легирования полупроводника, толщины слоя окисла.
Таким образом, выб>ирая значения напряжения затвора, плотность примеси и толщину слоя окисла, можно эффективно у.правлять глубиной потенциальной ямы. Время >кивни потенциальной ямы ограничено паразитным процессом термогенерации неосновных носителей, так как в кремнии при данной температуре всегда генерируются пары электрон — дырка, которые под действием электрического поля разделяются: основные носители «отгоняются» в толщину, а неосновные — накапливаются, заполняя постепенно потенциальную яму. Накопление в потенциальных ямах термогенерированных носителей является паразятпым процессом.
Время, необходимое для заполнения потенциальной ямы из-за термогенерации, нть>вается временем релаксации. Следовательно, промежуток вревп нн, существенно лееньший по сравнению со временем релаксации. может быть использован для хранения в потенциальных ямах вар»новых пакетов, несущих информацию о значении полезного сигнн, щ, л МОП-конденсатор может служить элементом, запоминающим пнс)>ормацию, представленную зарядом потенциальной ямы. Таким пбр;жом, максимальное время хранения зарядовой информации >кн нн„., а слгловжгельпо, и минимальная частота работы цифровых 199 ГЛАВА 6. Телевизионные преобразователи свет-сигнал +[6 +сг +Гг~ +Вг Рис. 6.9. Перенос зарядовых пакетов путем перемещения потенциалов электродов двух рядом расположенных злОП-конденсаторов и аналоговых устройств на ПЗС определяются процессами накопления паразитного заряда в потенциальной яме.
Зарядовый пакет в ПЗС может быть введен электрическим путем нли с помощью световой генерации. При световой генерации фотоэлектрические процессы, возникающие в кремнии, приведут к накоплению неосновных носителей в потенциальных ямах. Накопленный заряд пропорционален освещенности и времени накопления. Направленная передача заряда в ПЗС обеспечивается располо>кением МОП-конденсаторов на столь близком расстоянии друг от друга, что их обедненные области перекрываются и потенциальные ямы соединяются. При этом подвижный заряд неосновных носителей будет накапливаться в том месте, где глубже потенциальная яма (рис.
6.9). На металлические электроды расположенных рядом двух конденсаторов поданы положительные потенциалы Уг и Уг. В начальный момент потенциал Уг > Уг. В образовавшуюся глубокую потенциальную яму левого конденсатора может быть помещена зарядовая информация (рис. 6.9,а). Затем потенциал левого электрода уменьшим, а потенциал правого — увеличим. Тогда под правым электродом образуется глубокая потенциальная яма, в которую перетечет зарядовый пакет, помещенный ранее в потенциальную яму левого конденсатора (рис. 6.9,6).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
