трубка видикон, в которой применялась фотопроводящая мишень, изготовленная из стибнита (трехсернистая сурьма - ЗЬгЗз).

Применение в видиконе светочувствительного фотодиодного слоя, представляющего собой pin - структуру на основе пористой пленки моноокиси свинца, позволило создать передающую трубку плюмби-кон. Трубку данного типа иногда еще называют леддиконом, глетико-ном. По сравнению с видиконом плюмбикон имеет следующие особенности: меньшая инерционность сигнала (остаточный сигнал составляет не более 5 % основного сигнала через 60 мс после прекращения освещения); темновой ток примерно в 100 раз меньше тока сигнала, что позволяет обеспечивать хорошую равномерность сигнала по всему полю изображения; вьюокая стабильность световой характеристики при достаточно хорошей ее линейности.

Видиконную конструкцию имеет передающая трубка кремникон, мишень которой дискретна и представляет собой упорядоченную фотодиодную матрицу, выполненную по планарной технологии. Кремни-коны в сравнении с плюмбиконами имеют более высокую чувствительность, больший световой динамический диапазон, требуемую спектральную характеристику чувствительности и повышенную температурную стойкость мишени. Фотопроводящий слой кремникона представляет собой аморфную среду в виде халькогенидного стекла, состоящего из селена, легированного мышьяком и теллуром. Применяемый фотопроводник имеет структуру, названную гетеропереходом, благодаря которой обеспечивается вьюокое разрешение. Спектральная характеристика сатикона позволяет использовать его в цветных передающих камерах без каких-либо ограничений.

В настоящее время в большинстве конструкций вещательных телекамер в основном используются передающие трубки типа плюмбикон и сатикон, в телекамерах прикладного и бытового назначения -плюмбикон, видикон, кремникон.

Твердотельные преобразователи на основе ПЗС. 1\/1атричные твердотельные преобразователи свет - сигнал обеспечивают электронную развертку по обеим осям. Они представляют собой двумерную матрицу светочувствительных элементов, в которых накапливаются и переносятся заряды.

ПЗС матрицы можно классифицировать на приборы с кадровым (рис. 7,11, а), строчным и строчно-кадровым переносом зарядов (см, рис. 7,11, б) [3], Приборы с кадровым переносом зарядов состоят из секций накопления и хранения и выходного регистра. При подаче напряжений в определенных фазах под электродами в светочувствительной секции накапливаются заряды, пропорциональные падающему световому потоку. В течение длительности КГИ при подаче импульсов переноса все накопленные заряды бьютро сдвигаются из секции накопления в экранированную от света секцию памяти, откуда

/к /к

Рис. 7.11. Конструкция твердотельных матричных преобразователей ПЗС типа

а - устройство с кадровым переносом зарядов; б - устройство со строчно-кадровым переносом зарядов; 1 - секция накопления; 2 -регистры памяти; 3 - выходной регистр

построчно выводятся в выходной регистр во время действия СГИ, а затем последовательно считываются во время активной части строки. В ПЗС с кадровым переносом зарядов может применяться двух-, трех- или четырехфазная система электродов. Благодаря чересстрочной организации считывания удается удвоить число строк на изображении по сравнению с числом элементов по вертикали. Для осуществления чересстрочной развертки наиболее удобны двух- и четы-рехфазные системы электродов. Серьезным недостатком ПЗС с кадровым переносом является довольно сильный эффект смаза - появление вертикальных светлых столбов от ярких участков на изображении. Чтобы исключить смаз, следует перекрыть световой поток в интервале КГИ, когда заряды переносятся в секцию хранения. Для этого в телекамерах, где применяется ПЗС с кадровым переносом, устанавливается механический обтюратор.

В матрицах со строчным переносом зарядов секция хранения зарядов размещена внутри секции накопления так, что столбцы светочувствительных элементов разделены столбцами вертикальных регистров сдвига. Поэтому заряды из секции светочувствительных элементов попадают в регистр сдвига за очень короткое время. В итоге эффект смаза в матрицах со строчным переносом оказывается существенно меньшим, чем в матрицах с кадровым переносом. В телекамерах бытового и прикладного назначения такой уровень смаза приемлем, поэтому ПЗС матрицы со строчным переносом используются в подобных устройствах. Для ТВ вещания уровень смаза, характерный для матриц со строчным переносом, в ряде случаев неприемлем, если не принять меры по его снижению.

Компромисс был найден - к матрице со строчным переносом была добавлена секция хранения, подобная используемой в матрицах с

кадровым переносом. В этих матрицах эффект смаза снижен до тысячной доли процента и практически незаметен.

В ПЗС со строчно-кадровым переносом зарядов (см. рис. 7.11, б) светочувствительные ячейки секции накопления примыкают в каждом столбце к вертикальному регистру сдвига, закрытому непрозрачным экраном. Заряды, накопленные в светочувствительных ячейках, при подаче отпирающего напряжения на фотозатвор в течение части КГИ бьютро сдвигаются (четные строки в первом поле, нечетные - во втором) в вертикальные регистры и затем во время обратного хода строчной развертки периодически перемещаются вдоль вертикального регистра на один такт, попадая в горизонтальный регистр, который выполнен также, как и в ПЗС с кадровым переносом зарядов.

Преимуществом матриц со строчно-кадровым переносом зарядов (см. рис. 7.11, б), по сравнению с матрицами с кадровым переносом (см. рис. 7.11, а), является отсутствие секции памяти, более высокая разрешающая способность по вертикали, более точная чересстроч-ность развертки, а также более простое устройство стока избыточных зарядов. В то же время конструкция ПЗС со строчно-кадровым переносом, как правило, сложнее, чем ПЗС с кадровым переносом, а светочувствительная поверхность у них меньше, так как вертикальные регистры, находящиеся в поле изображения, экранируются для предотвращения попадания света. По этой причине в ПЗС с кадровым переносом удается разместить по горизонтали в 1,5-2 раза большее число элементов, чем в ПЗС со строчно-кадровым переносом.

Для получения видеосигналов трех основных цветов в современных цветных передающих камерах, как правило, используются три однотипные трубки или твердотельные матрицы с цветоделительной системой, которая из многоцветного изображения объекта формирует три одноцветных изображения.

Конструкция цветного масочного кинескопа. Конечным звеном ТВ системы является преобразователь видеосигнала в оптическое изображение. В большинстве случаев ТВ изображения воспроизводят при помощи электронно-лучевых трубок с люминесцирующими экранами. Такие трубки принято называть приемными, или кинескопами. В кинескопах цветного ТВ используется трехрастровая система, при которой на экране формируются три одноцветных растра - R, G, В, совмещенные с достаточной степенью точности друг с другом. Трехрастровая система предполагает наличие в кинескопе трех электронных прожекторов, формирующих три электронных луча, и трех люми-нофорных групп, спектральное излучение которых соответствует основным цветам. Разделение одноцветных изображений, т.е. обеспечение правильного попадания каждого из электронных лучей на лю-минофорные элементы экрана своего цвета, обеспечивается с помощью теневой маски. Такие кинескопы называются масочными [4].

Рис. 7.12. Конструкция цветного масочного кинескопа компланарного типа

Основные физические принципы работы и конструктивные особенности кинескопов любого типа заключаются в следующем. Электронные прожекторы и люминесцирующий экран помещаются в стеклянную колбу, из которой откачан воздух до получения вьюокого вакуума. Причем люминесцирующий экран наносится на внутреннюю поверхность переднего стекла колбы кинескопа. Отклонение электронных лучей осуществляется отклоняющими катушками, надеваемыми на горловину трубки. Каждый электронный прожектор кинескопа состоит из подогревного катода с нитью накала, управляющего электрода или модулятора и первого анода. Электростатическая фокусировка электронных лучей осуществляется электрическими полями дополнительных электродов, помещаемых в горловину трубки.

Электронные лучи под действием сильного ускоряющего электрического поля бомбардируют люминесцирующий экран, который начинает светиться под действием бомбардировки. Магнитное поле отклоняющих катушек заставляет электронные лучи перемещаться по экрану трубки в горизонтальном и вертикальном направлениях, в результате чего на экране образуются растры одноцветных изображений в виде совокупности отдельных сфокусированных строк. Если на управляющие электроды кинескопа подать видеосигналы основных цветов Е ,Еб,Ее, которые будут изменять количество электронов в соответствующих электронных лучах, то на экране кинескопа появится цветное изображение, полностью соответствующее объекту наблюдения.

Наибольшее применение получили масочные кинескопы компланарного типа (с самосведением электронных лучей) (рис. 7.12), в которых электронные прожекторы 1 расположены в горизонтальной плоскости, щелевая маска 5 имеет вертикальные прорези (рис. 7.13), а люминофорное покрытие 6 представляет собой совокупность линейчатых вертикальных полосок трехцветных люминофоров (рис. 7.14).

mm-т

Рис. 7.13, Щелевая маска

RGB RGB RGB Рис. 7,14. Структура штрихового сигнала

Ось среднего прожектора (как правило, G) направлена вдоль оси симметрии кинескопа, а два боковых прожектора (R и В) наклонены к ней симметрично в горизонтальной плоскости под углом 1,5° так, что все три электронных луча сходятся в точке, лежащей на поверхности теневой маски. Через щелевые отверстия электронные лучи попадают на чередующиеся по цвету свечения вертикальные люминофор-ные полоски R, G, В. При одновременном возбуждении электронными лучами трех элементарных люминофорных полосок R, G, В свечение будет воспроизводить один элемент цветного ТВ изображения. Для более точного совмещения одноцветных изображений на горловине кинескопа дополнительно устанавливаются магниты чистоты цвета 2 и статического сведения электронных лучей 3, В тороидальной отклоняющей системе 4 компланарных кинескопов, помимо отклоняющих катушек, размещаются дополнительные обмотки магнитной квадру-польной линзы. Магнитное поле квадрупольной линзы осуществляет сближение электронных лучей в горизонтальном направлении в любой точке экрана, что обеспечивает их динамическое сведение. Обмотки квадрупольной линзы питаются от генератора кадровой развертки.

Для повышения светоотдачи внутреннюю поверхность передней части колбы кинескопа покрывают токопроводящим слоем 7, выполняющим роль второго анода, на который подается достаточно вьюокое ускоряющее напряжение (до 25 кВ), Ускоряющее напряжение второго анода обеспечивает ускорение до больших скоростей электронов, бомбардирующих люминофорное покрытие.

Телевизионные воспроизводящие устройства плоского типа. В последнее время появился ряд серьезных проблем, связанных с использованием кинескопов в современных ТВ устройствах. Например, в системах ТВЧ требуется увеличение размеров кинескопов, что влечет за собой резкое возрастание их массы, объема, не говоря уже об увеличенной потребляемой мощности. Причем создание вьюоко-качественных ТВ приемников с размерами экрана по диагонали в 100 см и более на базе обычного кинескопа становится вообще проблематичным из-за ограничений прочности вакуумных баллонов. В то же

время существует возможность избежать этих сложностей, если перейти от электронно-лучевых трубок к плоским ТВ экранам.

В ближайшие годы доминирующую роль на рынке сбыта как ТВ устройств, так и устройств отображения визуальной информации различного назначения, например мониторы персональных компьютеров, будут играть жидкокристаллические экраны (ЖКЭ) плоского типа ввиду их компактности, высокого качества изображения, низкого энергопотребления и сравнительно невысокой стоимости. Уже сейчас доля ЖКЭ в общем количестве только ТВ воспроизводящих устройств плоского типа составляет более 60%. Если исключить дополнительные источники света, то сам по себе ЖКЭ, работа которого основана на электрооптических эффектах в жидких кристаллах, является пассивным устройством, индицирующим изображение за счет модуляции внешнего светового потока. Выбор конкретного конструктивно-технологического варианта ЖКЭ зависит от вида используемого жидкого кристалла и электрооптического эффекта в нем, а также способа адресации элементов отображаемой матрицы.

Конструкция ЖКЭ, работающего на просвет, показана на рис. 7.15 [5]. Он состоит из отражателя 1; нескольких люминесцентных ламп повышенной яркости и долговечности 2; светофильтра 3, выполненного в виде мозаики R, G \л В интерференционных фильтров, имеющих вид прямоугольных полосок, расположенных по вертикали и отделенных друг от друга черным растром; параллельных поляризатора 4 и анализатора 11; стеклянных подложек 5 и 10, на которые соответственно напылены прозрачный электропроводящий слой 6 и тонкопленочная матрица управляемых элементов 9; изолирующей прокпад-

2 12 3 4 5 6 7 S 9 10 И

Рис. 7.15. Конструкция просветного жидкокристаллического экрана