Главная  Использование коротковолнового диапазона 

[0] [1] [ 2 ] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54]

Фотоприемное устройство состоит из одного или множества фоточувствительных элементов, преобразующих оптическое излучение в электрический сигнал, и схемы предварительной обработки фотосигнала (например, схем сопря-ж(-пия, усиления, коммутации, стабилизации рабочей точки а др.), объединен-ны.ч в единый корпус и выполненных на основе гибридной или интегральной технологии. В качестве фоточувствительных элементов ФПУ могут нснользова гь-ся фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фоточувствительные МДП-стр\К1уры. В зависимости от числа фоточувствптельных элементов ФПУ делятся на одноэлементные и ммогоэлементные, а от способа съема сигнала - на ФПУ с разделенными каналами и ФПУ с внутренней коммутацией.

В начале 70-х годов появились многоэле.ментные фоточувствительпые МДП-стр\ктурь:, 3 которых функция коммутации сигнала осуществляется в самом объеме полупроводникового фоточувствительного материала, - так называемые фоточувсгвительные приборы с переносом заряда (ФППЗ). Они предназначены для преобразования оптического излучения (изображения) в электрический сигнал, действие которого основано иа формировании и эффективном переносе дискретных фотогенерированных зарядовых пакетов вну1ри полупроводникового материала.

Известны две наиболее распространенные разновидности ФППЗ - фоточув-ччвительные приборы с зарядовой связью (ФПЗС) и фоточувстви1ельные приборы с зарядовой инжекцией (ФПЗИ).

В ФПЗС зарядовые пакеты передаются к выходному устройству вследствие направленного перемещения потенциальных ям в объеме полупроводника при подаче на его электроды в соответствующей последовательности тактовых импульсов.

В ФПЗИ перемещение зарядового пакета происходит только внутри фоточувствительного элемента с последующей его инжекцией в подложку или в область стока заряда. В зависимости от расположения фоточувствнтельных элементов ФППЗ бывают линейные (элементы расположены в один ряд) и матричные (элементы организованы в матрицу по строкам и столбцам)

2.2. Фотоэлектронные приборы

фотоумножитель - электровакуумный прибор, преобразующий оптическое излучение (ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное) в электрический сигнал с последующим его усилением и состоящий из фотокатода, динодной умножи-тельной системы и анода (рис. 2 1). Преобразование оптического излучения в электрический сигнал осуществляется фотокатодом в результате э.миссии электронов с поверхности некоторых полупроводниковых материалов, находящихся в вакууме, при облучении их оптическим излучением (внешняя фотоэмиссия или внещний фотоэффект).

Фотоэлемент - электровакуумный (или газонаполненный) прибор, преобра-зуюишй оптическое излучение в электрический сигнал н состоящий нз фотокатода и анода. В отличие от фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), фотоэлементы не имеют динодной умножительнон системы, а поэтому не обладают свойством усиления потока электронов, вылетаютцих нз фотокатода, прн использовании эффекта вторичной эмиссии. Тем не менее существует способ усиления фототока фотоэлемента. Он основан на наполнении баллона фотоэлемента инертным газом (обычно аргоном) и создании в нем несамостоятельного разряда в результате ионизации газа, происходящей при движении электронов,



ф -

1"

Рис. 2.1. Схема устропства фотоум- Рис. 2.2. Схема устройства диссектора: Ножителя: / - фотокатод; г -плоская диафрагма; 3 -

/ - фотокатод; 2 - фокусирующий элект- вырезающее (развертывающее) отверстие; род; 3 .../3 - ДИОДЫ; 74 -анод 4 - вторично-электронный умножитель; 5 -

фокусирующая катушка; « - отклоняющая катушка

вылетающих из фотокатода под действием света, к аноду. Эффект газового, усиления у газонаполненных фотоэлементов начинает проявляться при напряжении более 50 В. При напряжении около 240 В коэффициент газового усиления у различных приборов может достигать значений iCr=6...10. К газонаполненным фотоэлементам относятся фотоэлементы серии ЦГ.

Диапазон спектральной чувствительности фотоэлементов определяется типом используемых в них фотокатодов, спектральные характеристики которых приведены в § 2.4. Основные параметры и характеристики фотоэлементов почти такие же, как у фотоумножителей, но приведенные ко входу первого динода.

Диссектор - передающая телевизионная трубка, в которой электронное изображение, образуемое вылетающим из фотокатода потоком электронов, раз-зсртывается относительно неподвижного отверстия (щели). В основу физического принципа действия и конструкции диссектора положено использование еле. чующих явлений:

преобразование оптического изображения, спроектированного на фотокатод»

в элек1ронное изображение на основе явления внешнего фотоэффекта;

пространственный перенос электронного изображения под воздействием ускоряющего электрического поля;

последовательная (поэлементная) пространственная развертка электронного изображения с помощью фокусирующей и отклоняющей систем с целью формирования выходного сигнала изображения;

усиление выходного сигнала изображения на основе вторичной электронной эмиссии.

Конструкция диссектора (рис 2.2) представляет собой стеклянную цилиндрическую колбу, состоящую из двух секц!1Й: секции переноса н секции усиления. В первой секции происходят преобразование оптического изображения в электронное и пространственный перенос электронного изображения от фотокатода, нанесенного на внутренней стороне торцевой поверхности колбы, и его перемещение в двух направлениях относительно отверстия диафрагмы, В секции умножения располагаются диноды и коллектор, на котором собираются электроны после их усиления динодиой системой.

Фокусирующая и отклоняющие ка1ушки изготавливаются в единой кон-



струкции, называемой фокусирующей и отклоняющей системой (ФОС), и поставляются отдельно от диссектора.

Диссектор относится к передающим телевизионным трубкам так называемого мгновенного действия, величина выходного сигнала у которых по истечении времени, превышающего постоянную времени прибора, при неизменном уровне освещенности на фотокатоде остается постоянной Это является одним из самых серьезных недостатков диссекторов (низкий уровень выходного сигнала), ограничивающих области их применения. Преодолеть его стало возможным благодаря использованию принципа накопления сигнала.

Накопление сигнала (заряда) позволяет получить выходной сигнал, пропорциональный не только уровню освещенности фотокатода (как это имеет место у диссектора), но и интервалу времени между двумя последовательными считываниями одного и того же участка изображения (элемента разложения). Чем больше это время (его называют времене.м накопления), тем выше выходной сигнал при одном и том же уровне освещенности фотокатода. Реализация этого принципа осуществлена у передающих телевизионных трубок с накоплением заряда на мишени. К этой группе трубок относятся суперортиконы, видиконы и супервидиконы.

Суперортикон - передающая телевизионная трубка с переносом изображения и его разверткой пучком медленных электронов, в которой электронное изображение накапливается и считывается на противоположных сторонах накопительной мишени.

Основная идея работы суперортикона (рис. 2.3) основана на использовании принципа модуляции создаваемого электронным прожектором постоянного по плотности электронного потока (электронного луча) информационным электронным потоком, образующимся вследствие внешней фотоэмиссии фотокатода при его освещении. При это.м указанная модуляция осунюствляется не непосредственно, а через промежуточный носитель - диэлектрик (пленка стекла толщиной около 5 мм), называемый мишенью.

Одним из недостатков суперортикона является то, что он имеет высокий уровень шумов выходного сигнала из-за большого уровня постоянной составляющей тока луча, а также невыгодного, с точки зрения их восприятия, распределения шумов. Поскольку в суперортиконе максимальный сигнал соответствует уровню темного («электрический негатив»), то и шумы имеют максимальное значение тогда, когда передается слабое световое изображение. Естественно, что наблюдение слабого оптического изображения на фоне больших шумов будет затруднительно.

Этот недостаток устраняется в суперор-иконах, работающих в режиме изоконного считывания (изокон), у которых видеосигнал создается не за счет обратного электронного луча, а за счет рассеянных электронов, образующихся у мишени в момент коммутации. Причем число рассеянных электрснсз пропорционально глубине потенциального рельефа мишени, т. е. освещенности фотокатода. Следовательно, полярность сигнала в изоконах обратна полярности сигнала на выходе суперортикона и уровень шумов при передаче слабых оптических сигналов меньше, чем при передаче светлых участков изображения. В сравнении с суперортиконом уровень шума в изоконе при передаче черного в 5 ... 6 раз ниже, что обеспечивает передачу изображений с помощью изоконов при осзе-щенностях 102 ... 10" лк. Схема, поясняющая принцип работы изокона, показана на рис. 2.4.



[0] [1] [ 2 ] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54]

0.0011