Лк.№13. 2ч. Оптика ТВ камер и структура оптических систем.

 Оптические системы телекамер.

В передающих камерах цветного телевидения необходимо одновременно проецировать цветоделенные изображения на светочувствительные поверхности нескольких передающих трубок. Для этого приходится применять достаточно сложные оптические системы.

Наиболее простой является оптическая система, состоящая из нескольких объективов, через каждый из которых проецируется изображение на свою передающую трубку. Однако по эксплуатационным соображениям а также в связи с геометрическими искажениями изображений и сложностью механизма фокусирования такая оптическая система не получила распространения.

Указанные недостатки отсутствуют в оптической системе с переносом изображения. Оптическая система с переносом изображения позволяет:

1) использовать объективы с коротким задним отрезком, в том числе обычные фотообъективы;

2) устанавливать передающие трубки в нормальное для работы положение, когда их оси горизонтальны;

3) обеспечить незначительный сдвиг спектральных характеристик для крайних точек изображения благодаря тому, что система с переносом создает изображение на значительном расстоянии, и поэтому лучи наклонных пучков образуют с оптической осью малые углы поля зрения в пространстве расположения светочувствительных поверхностей.

На рисунке 4.5 приведена оптическая схема четырехтрубочной камеры типа YRGB.

 

Рисунок 4.5. Оптическая схема четырехтрубочной передающей ТВ камеры с призменным светоделительным блоком

 

Работа такой системы заключается в следующем. Световой поток, пройдя через вариообъектив 1 и через нейтральный светофильтр 2, который ставится в случае избытка света, поступает на призменный светоделительный блок 3. Расщепление светового потока осуществляется с помощью светоделительных слоев, нанесенных на грани призм. Вследствие цветоизбирательного отражения и пропускания на светочувствительных слоях передающих трубок 6 образуются цветоделенные изображения. Светофильтры 4, корректирующие спектральные характеристики оптических каналов, нанесены на грани призм 3. Линзы Смита 5, расположенные у фотослоев передающих трубок 6, корректируют оптические искажения, возникающие в светоделительном блоке.

По сравнению с оптическими системами, с переносом изображения основными преимуществами оптических систем со светоделением в заднем рабочем отрезке объектива являются:

 меньшие габариты и масса,

 высокие четкость и контраст изображения (так как в них меньше аберрационные искажения и светорассеяние),

больший коэффициент пропускания (за счет меньших поглощений света в стекле и вредного отражения от поверхностей).

Применение четырехканального тракта обработки видеосигналов позволяет наиболее просто осуществить некоторые виды электронной коррекции (двумерную апертурную, коррекцию амплитудной характеристики тракта), но необходимую точность цветопередачи здесь обеспечить достаточно сложно.

При применении трёхканального тракта обработки видеосигналов с целью уменьшения инерционности сигнала в канале с малым световым потоком выгодно увеличивать освещенность мишени передающей трубки путем уменьшения размера изображения. В этом случае в данном канале приходится применять объектив переноса – 7 и коллектив – 6

 рис. 4.6.

 

Рис. 4.6. Оптическая схема трехтрубочной передающей ТВ камеры типа YRB с переносом изображения в одном из каналов

 

1 - вариообъектив; 2 - нейтральный светофильтр; 3 - светоделительный блок;

4 - светофильтры; 5 - линзы Смита; 6 - коллектив;

7 - объектив переноса; 8 - передающие трубки

При применении камеры типа RGB широкополосный сигнал E_Y создается матрицированием, поэтому видеосигналы E_R, E_G и Е_B должны формироваться камерой в полной полосе частот (до 6,5 МГц). Другими словами, все каналы камеры типа RGB должны быть широкополосными.

Применение трехканальных цветоделительных блоков позволяет получить большую по сравнению с камерой YRGB чувствительность каналов R и В и улучшить отношение сигнал-шум сигналов на выходе камеры.

 

Передающие телевизионные трубки

Преобразование оптического изображения передаваемого объекта в ТВ сигнал. осуществляется как с помощью электронно-лучевых (вакуумных), так и твердотельных преобразователей. Вакуумные преобразователи (передающие трубки) по виду используемого в них фотоэффекта классифицируются на две группы:

 с внешним  фотоэффектом

и внутренним фотоэффектом.

В настоящее время в большинстве ТВ камер применяются передающие трубки с внутренним фотоэффектом видиконной конструкции (видикон, плюмбикон, сатикон, кремникон и др.), отличающиеся только составом фотопроводящей мишени, а также твердотельные матрицы на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС).

 На рис. 4.1 показано устройство типовой передающей трубки с фотопроводящей мишенью, магнитной фокусировкой и магнитным отклонением (ММ).

 

 

Рис. 4.1. Конструкция передающей трубки видикон типа ММ

 

Объектив 1 проецирует оптически сфокусированное изображение передаваемого объекта на фотопроводящий слой 6, нанесенный на сигнальную пластину 5, которая напылена на планшайбу 7. Сигнальная пластина электрически соединена с кольцевым выводом 8. Электронно-оптическая система передающей трубки состоит из катода 12, модулятора 11, первого анода 10, второго анода 9 и выравнивающей сетки 13.

Электронный луч фокусируется катушкой 2, а отклоняется горизонтальными и вертикальными катушками отклонения 4. Назначение корректирующей катушки 3 сводится в основном к компенсации погрешностей, вносимых магнитной и электронно-оптической системами. Модулятор 11 предназначен для регулировки тока электронного луча, а первый и второй анод - для его формирования. Магнитное поле катушки 2 фокусирует электронный луч в плоскости мишени. Перед мишенью установлена выравнивающая сетка. Между мишенью и сеткой создается однородное тормозящее поле по всей сканируемой площади фоточувствительного слоя, что позволяет сохранить фокусировку луча и равномерность сигнала по полю изображения.

При работе трубки в режиме медленных электронов на сигнальной  пластине 5 устанавливается напряжение в пределах от 10 до 30 В по отношению к катоду. На катоде - нулевой потенциал, а на анод подается напряжение около 300 В.

В процессе развертки на внутренней поверхности (обращенной к электронному лучу) фотопроводника создается потенциал, близкий к потенциалу катода. Вследствие этого между противоположными поверхностями фотопроводящего слоя устанавливается разность потенциалов. После ухода луча с рассматриваемой точки потенциал внутренней поверхности мишени растет, так как элементарная емкость каждого из участков фотопроводника разряжается через поперечное сопротивление слоя. При проецировании изображения на мишень проводимость различно освещенных участков фотослоя будет не одинаковой. В фотопроводнике возникает рельеф проводимости, соответствующий рельефу яркости передаваемой сцены. Поэтому в течение времени кадра каждая из элементарных емкостей в зависимости от ее освещенности разряжается по разному. В результате к концу кадра на стороне мишени, обращенной к лучу, возникает потенциальный рельеф. При развертке электронный луч, доведя поверхность всех участков мишени до одинакового потенциала, теряет на освещенных участках фотослоя большее количество электронов, чем на затемненных. При этом токи дозаряда элементарных емкостей несут в себе информацию о распределении освещенностей на фотомишени. Протекая через нагрузочное сопротивление они создают напряжение видеосигнала, который содержит информацию о средней яркости изображения.

Первым практически разработанным преобразователем свет-сигнал с внутренним фотоэффектом была малогабаритная передающая трубка видикон, в которой применена фотопроводящая мишень, изготовленная из стибнита (трехсернистая сурьма Sb₂S₃).

Применение в видиконе светочувствительного фотодиодного слоя, представляющего собой pin - структуру на основе пористой пленки моноокиси свинца, позволило создать передающую трубку плюмбикон. Трубку данного типа иногда еще называют леддиконом, глетиконом. 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;

 высокая 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.

 Кремниконы 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, которую называют гетеропереходом, благодаря которой обеспечивается высокое разрешение. Спектральная характеристика сатикона позволяет использовать его в цветных передающих камерах без каких-либо ограничений.

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

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: