Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

неподвижными. На рис. 4.14 показано, как механически происходит исправление хода лучей в случае, когда объектив смещается вниз. Так как паразитические движения камеры происходят как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, группа линз блока стабилизации может сдвигаться и в вертикальном, и в горизонтальном направлениях в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива и параллельной плоскости ФПМ.

Перемещения видеокамеры улавливаются двумя гироскопическими сенсорами. Сенсоры определяют направление (угол) и скорость перемещения (дрожания) видеокамеры с объективом. Для предохранения гиросенсоров от ошибок, они заключены в специальные защитные блоки.

Группа линз блока стабилизации имеет прямой привод от сердечников соленоида. Данное устройство имеет малые габариты, небольшой вес, потребляет достаточно умеренное количество электроэнергии, отличается малым временем отклика, то есть быстрой реакцией на команды. Стабилизатор изображения позволяет эффективно компенсировать вибрации с частотой от 0,5 до 20 Гц.

Рис. 4.14. Схема оптической стабилизации изображений:

а) объектив в исходном (неподвижном) состоянии; б) схема оптической проекции при отклонении объектива вниз;

в) компенсация смещения изображения с помощью группы линз стабилизации

Позиция блока стабилизации определяется с помощью инфракрасных светоди- одов-излучателей (IREDs – Infrared Emitting Diodes), установленных на оправе блока и устройства оценки положения (PSD – Position Sending Device), расположенного на плате электроники блока. Таким образом, изначально устройство стабилизации имеет обратную связь для точного позиционирования. Стабилизатор изображения имеет также блокиратор, который устанавливает группу линз стабилизации в центральную нейтральную позицию в случае, когда устройство стабилизации изображения выключено.

Поэтапно устройство оптической стабилизации изображения работает следующим образом:

1.При нажатии кнопки спуска группа линз стабилизации разблокируется и активизируются гироскопические сенсоры для детекции перемещения видеокамеры.

2.Гиросенсоры определяют угол и скорость перемещения камеры и посылают информацию об этом в микрокомпьютер.

3.Микрокомпьютер преобразует, полученные сигналы в команды управления устройством стабилизации и передает их в устройство стабилизации.

4.В соответствии с полученными командами устройство стабилизации смещает группу линз стабилизации перпендикулярно оптической оси.

5.При осуществлении сдвига датчики положения группы линз стабилизации обрабатывают информацию о смещении и передают полученные данные в микрокомпьютер.

6.Микрокомпьютер сравнивает сигналы управления, переданные в течение третьего этапа, с сигналами устройства детекции положения группы линз стабилизации и тем самым осуществляет контроль с помощью данной об-

ратной связи. Это повышает точность в управлении группой линз стабилизации изображения.

Система оптической стабилизации изображения видеокамеры может быть настроена на устранение характерных вибраций, например, при видеосъемке с вертолета. В некоторых случаях система стабилизации изображения приводит к отставанию в слежении за колебаниями видеокамеры, создавая при этом нежелательный плавающий эффект.

Электронный стабилизатор основан на резервировании светочувствительных элементов ФПМ под возможное смещение изображения, тем самым обеспечивается неподвижность «картинки». Такая схема стабилизации относительно дешевая и экономичная, но эффективна в ограниченном диапазоне частот и при небольших смещениях. В недорогих видеокамерах при включении стабилизатора часть активных элементов матрицы оказывается в резерве и четкость изображения ухудшается. В дорогих компактных моделях используется электронный «суперстабилизатор», в котором задействуются пассивные элементы матрицы, обычно не принимающие участие в формировании видеосигнала, при этом четкость остается на первоначальном уровне.

5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СВЕТ-СИГНАЛ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПЕРЕДАЮЩИХ КАМЕРАХ

5.1.Основные требования к преобразователям свет-сигнал

Втелевидении преобразователи свет-сигнал (ПЗС-, КМОП-матрицы) в основном определяют параметры и качество воспроизводимого телевизионного изображения. От типа преобразователя зависит принцип построения передающей камеры, наличие отдельных вспомогательных узлов. Поэтому важнейшим вопросом при построении передающих камер ТВЧ-типа является правильный выбор устройства, преобразующего оптические изображения в видеосигнал.

Специфика построения камер ТВЧ, в которых чаще всего применяются несколько преобразователей свет-сигнал, предъявляет к последним достаточно высокие требования. Рассмотрим более подробно эти требования.

– Высокая идентичность характеристик преобразователей свет-сигнал и независимость этих характеристик от передаваемого сигнала. При различии данного параметра более чем на 2% не удается обеспечить в камере цветного телевидения динамический баланс белого.

– Возможность получения высокой точности совмещения растров и их эксплуатационной стабильности. Точность совмещения должна быть не хуже долей элемента разложения по всему полю изображения.

– Отсутствие паразитных сигналов и высокая однородность чувствительности по полю растра.

– Высокая чувствительность во всем видимом спектре, что необходимо изза больших потерь света в оптической системе камеры цветного телевидения.

– Малая инерционность сигнала и ее идентичность для всех преобразователей, применяемых в передающей камере. Различие в инерционности сигналов, при которой остаточный сигнал в преобразователях отличается более чем на 2%, приводит к разноцветным тянущимся продолжениям в изображении, что резко снижает его качество.

– Способность работать в широком диапазоне освещенностей передаваемых сцен.

– Высокая разрешающая способность.

– Малый уровень собственных шумов в сигнале на выходе, причем структура шумового рисунка должна быть малозаметной, то есть мелкой.

– Малые габариты и простота управления.

5.2.Физические принципы работы приборов

сзарядовой cвязью

ВПЗС реализуется принцип самосканирования, то есть направленного перемещения накопленных зарядов вдоль цепочки элементарных накопителей зарядов.

Основой ПЗС является конденсатор со структурой металл-оксид- полупроводник (МОП-конденсатор) [49]. Именно МОП-конденсатор является элементом, способным хранить информационные пакеты зарядов, сформированные под воздействием света или путем инжекции через p-n переход. Цепочка из МОП-конденсаторов, связанных особым образом друг с другом, обладает способностью передавать зарядовые пакеты под воздействием управляющих напряжений от одного элемента структуры к другому до выхода, где зарядовые пакеты преобразуются в потенциал или ток.

К достоинствам ПЗС-структур следует отнести:

возможность непосредственного преобразования светового потока в зарядовые пакеты и способность хранить зарядовую информацию;

способность направленной передачи зарядовой информации и преобразования ее в видеосигнал при достаточно точном построении геометрии точечного растра (координаты элементов фиксируются с точностью до 0,5 мкм);

высокое быстродействие;

возможность реализации обработки информации непосредственно на матрице;

высокую степень интеграции, малые потребляемую мощность и габаритные размеры;

высокую механическую прочность, стойкость к вибрациям и электромагнитным воздействиям, надежность и большой срок службы.

На рис. 5.1 показана структура МОП-конденсатора, включающая в качестве

основы подложку из p-кремния. Путем термического окисления на ее поверхности формируется слой оксида, на который наносится проводящий электрод. Если между электродом и подложкой приложить положительное напряжение Uэ, то под действием электрического поля под проводящим электродом будет образо-

Рис. 5.1. Конструкция МОП-конденсатора:

1 – подложка из p-кремния; 2 – оксид; 3 – проводящий электрод; 4 – область стоп-диффузии

вана зона, обедненная для основных носителей, в рассматриваемом случае для дырок – зона стоп-диффузии (СД) (указана штриховыми линиями). Электрическая диаграмма МОП-структуры для этого случая приведена на рис. 5.2, а, где Uп – поверхностный потенциал [49]. В образовавшейся потенциальной яме происходит накопление неосновных носителей заряда (здесь – электронов). Эти заряды могут образовываться за счет фотоэмиссии. Энергетическая диаграмма по мере накопления неосновных носителей изменяется: значение Uп уменьшается, как показано на рис. 5.2, б. Таким образом, если рассматриваемый элемент освещен, то в полупроводнике около его поверхности образуются пары носителей заряда электрон-дырка. Электроны заполняют потенциальную яму, причем значение заряда, накопленного за дозированное время, оказывается пропорциональным освещенности. Распространение области потенциальной ямы вдоль границы раздела полупроводник-оксид ограничивается формированием областей полупроводника p+-типа со степенью легирования на несколько порядков выше, так называемых областей СД (см. рис. 5.1). В областях СД поверхностный потенциал на границе раздела оксид-кремний близок к нулю. Характер накопления заряда в накопительной ячейке МОП-структуры иллюстрируется рис. 5.3, где

Рис. 5.2. Энергетические диаграммы МОП-структуры, соответствующие различным ее состоянием:

а) энергетическая диаграмма МОП-структуры для случая, когда под действием электрического поля под проводящим электродом образована зона, обедненная для основных носителей; б) энергетическая диаграмма в случае накопления неосновных носителей заряда; в) энергетическая диаграмма при распространении области потенциальной ямы вдоль границы раздела полупроводник-оксид

Рис. 5.3. Характеристики накопления ячейки МОП-структуры