Глава XVI. ОПТИКА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМ

88. Оптические характеристики передающих и приемных телевизионных трубок

Телевизионная система (рис. 216) состоит из передающего телевизионного устройства 1, линии связи 2 и приемного телевизионного устройства 3.

Передающее телевизионное устройство, или передающая телевизионная камера, с помощью объектива создает оптическое изображение предмета на фотокатоде передающей телевизионной трубки, преобразует его в электрическое изображение и передает электрические сигналы (видеосигналы), пропорциональные яркости предметных точек, по линии связи в приемник.

Основным принципом передачи изображения в телевидении является принцип поочередности, который состоит в последовательном непрерывном выделении с помощью узкого подвижного электронного луча всех участков передаваемого изображения и последовательном преобразовании яркостей этих участков в электрические сигналы. Такое последовательное выделение участков изображения с помощью движущегося определенным образом электронного луча называется разверткой телевизионного изображения.

Развертка может быть построчной и чересстрочной. При построчной развертке электронный луч последовательно обегает строку за строкой слева направо, начиная сверху так, что весь кадр развертывается за 1/25 с, а при чересстрочной развертке он обегает вначале все нечетные строки за 1/50 с, а затем — все четные также за 1/50 с. Последний способ наиболее распространенный. Полная развертка в обоих случаях осуществляется за 1/25 с, это время называется периодом кадровой развертки.

В приемном телевизионном устройстве принятые по линии связи электрические сигналы преобразуются на экране приемной трубки кинескопа в световые импульсы. Электронный пучок кинескопа под действием синхронизирующего и развертывающего генераторов в точности повторяет движения электронного пучка передающей трубки, а интенсивность пучка кинескопа изменяется пропорционально видеосигналу. Под действием электронного пучка, диаметр поперечного сечения которого равен высоте строки развертки, люминофорный слой кинескопа светится и воспроизводит изображение предмета.

Развертка характеризуется числом строк которое в различных странах составляет: в Великобритании 405, в США и

Рис. 216. Принципиальная схема телевидения

Японии 525, по Европейскому стандарту 625, во Франции 819 строк. В эти числа строк, называемые номинальными, входит число активных строк в действительности образующих разложение изображения, а также некоторое число строк (около 7,5 ... 8%) для возвратного хода электронного луча. В нашей стране приняты

Передающая телевизионная трубка является электровакуумным прибором, фотокатод которого совмещается с плоскостью изображения, образованного объективом. В передающих трубках используется или внешний фотоэффект (суперортиконы, супериконоскопы), создаваемый в результате эмиссии электронов под действием светового излучения, или внутренний фотоэффект (видиконы).

Рассмотрим устройство и работу передающей трубки на примере видикона (рис. 217), состоящего из колбы на передний внутренний торец которой наносится фоторезистор 2 через прозрачный слой металла 3, играющий роль сигнальной пластины, соединенной с нагрузкой с которой снимается видеосигнал. Толщина фоторезистора составляет а сопротивление в поперечном сечении в темноте — около .

Электронный луч формируется пушкой 6, аноды 4 и 5 осуществляют динамическую фокусировку развертывающего луча. На трубку надеваются также фокусирующая и отклоняющая системы. Если фотокатод не освещен, то его сопротивление в поперечном сеченин одинаково во всех точках. Развертывающий электронный луч создает на внутренней поверхности фотопроводника потенциал, близкий к потенциалу катода.

Если на фотокатоде объективом создано изображение предмета, то проводимость освещенных участков слоя не будет одинаковой. В фоторезисторе возникает «рельеф проводимости», соответствующий рельефу яркости передаваемой сцены. Электронный луч при развертке доводит потенциал внутренней поверхности всех участков фотопроводника до потенциала фотокатода. Токи дозаряда, возникающие при развертке, протекая через нагрузочный резистор создают напряжение видеосигнала.

Видиконы — это малогабаритные высокочувствительные передающие трубки. Так как в видиконах используется внутренний фотоэффект, то они более инерционны по сравнению с суперортиконами.

Передающие телевизионные трубки должны быть высокочувствительными, способными правильно воспроизводить световые

Рис. 217. Схема передающей телевизионной трубки-видикона

градации в широком диапазоне изменения яркостей предметов, обладать хорошей разрешающей способностью и иметь высокое отношение сигнал/шум.

Рассмотрим основные оптические характеристики передающих телевизионных трубок.

1. Чувствительность фотокатода — это зависимость видеосигнала от длины волны падающего излучения. Ее обычно представляют в виде графика изменения относительной спектральной чувствительности в зависимости от длины волны (рис. 218). При оценке спектральной характеристики учитывают длину волны для которой светочувствительность имеет наибольшее значение, и граничные длины волн и Спектральные характеристики трубок в основном соответствуют спектральным характеристикам фотокатодов.

2. Световая характеристика показывает зависимость фототока в микроамперах от освещенности фотокатода в люксах (рис. 219). При оценке световой характеристики учитывают: минимальную максимальную освещенность; ширину световой характеристики, т. е. диапазон освещенностей в котором действует трубка; наклон световой характеристики, определяющий скорость изменения значения видеосигнала в зависимости от освещенности и показывающий возможность

Рис. 218. Спектральная характеристика видикона

Рис. 219. Световые характеристики суперортиконов:

получения в телевизионном изображении соотношений яркостей, имеющихся на передаваемом объекте.

Минимальная освещенность на фотокатоде ограничивается его шумами. Для обеспечения на фотокатоде указанной освещенности необходима определенная освещенность на передаваемом предмете. Если коэффициент отражения деталей предмета, линейное увеличение, с которым оптическая система, имеющая относительное отверстие и коэффициент пропускания изображает предмет, то, пользуясь формулами (224) и (227), можно получить следующее соотношение:

Передающие трубки также характеризуются чувствительностью, под которой понимают величину, обратную минимальной освещенности, необходимой для передачи стандартной таблицы с заданной четкостью при определенном размахе видеосигнала и заданном отношении сигнал/шум. Для супериконоскопов — это освещенность, равная для суперортиконов для видиконов

Например, если объектив с изображает с увеличением на фотокатоде предмет высотой имеющий средний коэффициент диффузного отражения то на предмете должна быть создана освещенность (не менее):

1000 лк при использовании в качестве передающей трубки супериконоскопа;

200 лк при использовании суперортикона;

350 лк при использовании видиконов.

Для повышения чувствительности передающих телевизионных трубок между их фотокатодом и фокальной плоскостью объектива помещают усилители яркости. В качестве усилителей яркости используют ЭОП и устройства со вторичной электронной проводимостью (ВЭП).

3. Разрешающая способность телевизионных передающих трубок оценивается удельной разрешащей способностью, равной

где — высота фотокатода.

Разрешающая способность трубок определяется в основном качеством фокусировки развертывающего электронного луча, а также фокусировки

Рис. 220. Апертурная характеристика передающей трубки: 1 - суперортикон; 2 — виднкон; 3 — супериконоскоп

пучков лучей, переносящих электронное изображение. Разрешающая способность передающих трубок более точно определяется зависимостью (рис. 220), которую называют апертурной характеристикой, являющейся своеобразной трубки и показывающей, что высокие пространственные частоты передаются меньшими видеосигналами

4. Габаритные размеры фотокатода: высота и ширина обусловливают угловое поле объектива:

где половина диагонали фотокатода.

5. Отношение сигнал/шум. Сила тока, возникающего в передающей трубке, не является строго постоянной. Постоянным остается среднее ее значение, мгновенные же изменения силы тока происходят непрерывно и хаотически. Такие изменения тока называют флуктуациями. С уменьшением силы тока его флуктуации становятся заметнее. Ток на выходе передающей трубки можно рассматривать как бы состоящим из двух компонентов — тока сигнала пропорционального падающему на фотокатод световому потоку, и тока флуктуационной помехи сила которого хаотически изменяется.

Отношение сигнал/шум Практика показала, что для получения достаточно хорошего изображения значение должно быть не менее 20.

Использованием фотопроводящих слоев из различных материалов удалось создать видиконы для рентгеновского излучения (селен и окись свинца), ультрафиолетового излучения с (аморфный селен) и инфракрасного излучения с Хшет

Передающие трубки с построчной системой развертки — диссекторы — применяют как трубки мгновенного действия с кратким временем светового импульса

Некоторые оптические характеристика ряда отечественных передающих телевизионных трубок приведены в табл. 10.

Приемные электронно-лучевые трубки, или кинескопы, оснащены люминесцирующими экранами, на которых воспроизводятся телевизионные изображения. Электронный луч на внутренней поверхности стеклянной трубки, покрытой люминесцирующим составом, образует изображение строчного вида, связанное синхронно и синфазно с разверткой изображения в передающей трубке.

Приемные телевизионные трубки разделяют на кинескопы прямого видения телевизоров, кинескопы прямого видения видеоконтрольных устройств и видоискателей передающих камер, проекционные кинескопы, кинескопы телевизионных систем с бегущим лучом, кинескопы для электронных фототелеграфных систем и кинескопы для фотографирования изображений с экрана.

Таблица 10 (см. скан) Оптические характеристики передающих трубок

Основными оптическими характеристиками приемных телевизионных трубок являются размер экрана, цвет свечения, спектральная характеристика, яркость изображения, контраст изображения, послесвечение, светоотдача, или световая эффективность, которая определяется отношением светового потока к мощности возбуждающего потока электронов.

Выражают светоотдачу в люменах на ватт Ее можно также характеризовать отношением силы света экрана кинескопа к подведенной мощности в канделах на ватт

Цвет свечения и спектральная характеристика зависят от состава люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность экрана (табл. 11).

Яркость изображения на экране зависит от напряжения на управляющем электроде кинескопа. Средняя минимальная яркость экрана кинескопа принимается равной Наибольшая яркость изображения кинескопа (не проекционного)

Таблица 11 (см. скан) Основные показатели люминофоров

составляет В проекционных кинескопах средняя яркость изображения достигает

Контраст изображения, определяемый интервалом яркости, зависит не только от степени яркости наиболее и наименее ярких участков изображения и но и от дополнительной яркости паразитной засветки, являющейся функцией нескольких факторов: ореола изображения, отражения от внутренней поверхности колбы, рассеяния света люминофорами экрана или стеклом колбы, влияния постороннего света и т. п. Контраст изображения выражают следующей формулой:

Наибольший контраст изображения в современных кинескопах составляет

Длительность послесвечения определяется временем, необходимым для уменьшения яркости свечения экрана после прекращения возбуждения до 1% первоначальной яркости в момент возбуждения.

Длительность послесвечения делят на пять категорий: очень короткая менее ; короткая ; средняя

Таблица 12 (см. скан) Оптические характеристики приемных телевизионных трубож

; длительная ; весьма длительная (более 16 с).

Оптические характеристики некоторых приемных телевизионных трубок (кинескопов) приведены в табл. 12.