Материал: fW5B0fDXqV

9.6. Минимальный сигнал с тестовой панели. В данном случае под сигналом с тестовой панели понимается та часть строки изображения, которая представляет собой отображение тестовой панели на ПЗС матрице и соответственно ее представление в видеосигнале.

10. Исследование эффекта растекания заряда

10.1.Выбрать на осциллографе тестовую строку с изображением тестовой панели.

10.2.Установите напряжение, при котором минимальный сигнал с тестовой панели стал равен минимальному (см. предыдущий пункт).

10.3.Плавно повышая напряжение определить момент начала растекания заряда, который характеризуется началом увеличения времени, которое удерживается максимальное напряжение на тестовой панели. (горизонтальный участок напряжения в пределах одной сороки.). Напряжение на лампе не должно превышать 80 вольт.

11. Выключить осциллограф. Для этого повернуть ручку 6 в крайне левое положе-

ние.

12. Выключить ВКУ, выключить блок питания видеокамеры.

Расчет основных величин

Для расчета большинства пунктов понадобится определение освещенности ПЗС матрицы. Данный параметр может быть рассчитан из напряжения на лампе. Так как от напряжения на лампе будет зависеть мощность, выделяемая на лампе, то это приводит к изменению эффективности лампы, сопротивления лампы и ряда других параметров. Для упрощения расчетов приводится следующая формула (1.1.):

где: Ee – энергетическая освещенность, Uл – напряжение на лампе, Kпр – коэффициент преобразования, рассчитанный для данной оптической системы и равный 0.00175, Фе – поток излучения, Sa - размер активной части кристалла. Sa = Sгор•S вер, Sгор = 6,47 мм, Sвер = 4,83 мм, Nф - коэффициент преобразования фокусирующей системы = 3.5 в случае если фокусирующего устройство установлено, Nо - коэффициент преобразования объектива видеокамеры = 1.3 в случае если объектив установлен, So – отношение площади тестового изображения к общему изображению, So = 289, в случае использования объектива, Kф – коэффициент ослабления фильтра, Kф = 22. Количество пикселей матрицы может быть рассчитано на основе полученных данных с объективом и без него.

Расчет разрешающей способности без объектива может быть проведен следующим образом (1.2):

Np = Ng * Nv = (Ng 2 * 3) / 4

(1.2)

где Ng = Nl * Kv , Np – общее число пикселей матрицы, Ng – число пикселей в строке, Nv

– число строк, Nl - условное число линий на тестовом изображении которое можно распознать отдельно, Kd - коэффициент пропорциональности определяющий ту часть поверхности тестовой панели, которая воспринимается видеокамерой. Kd= 1.8.

Параметр Nl может быть определен графически. Для этого необходимо построить зависимость разности напряжений черной и белой линий (пункт 1) от числа линий в условиях оптимального напряжения на лампе. Условием нахождения Nl считать dU=0.1•dUmax. Оптимальное напряжение на лампе может быть найдено по максимальной разности напряжения между линиями при Nl=200 линий.

Расчет разрешающей способности с объективом может быть проведен следующим образом (1.3):

Ng = Nt * 2 * La / Ld

(1.3)

11

где Nt – число линий в тестовом изображении по горизонтали, Nt = 260, La – расстояние на котором тестовое изображение полностью отображается ПЗС матрицей. La= 15 см, Ld – расстояние на котором dU с тестовой панели стало равно удвоенному сигналу шума,

Чувствительность можно рассчитать по формуле (1.4)

где: Ud = Uш*Фопт/ Фt = Uш* (Uллоп 5 / 2 /Ut 5 / 2 ) , Uш – шумовое напряжение, Фt - по- ток излучения при котором сигнал с матрицы равен шуму, Фопт - поток излучения при оптимальном напряжении, Ut – напряжение на лампе при котором сигнал с матрицы равен шуму, Uлоптоптимальное напряжение на лампе. Для определения Фe используется оптимальное напряжение.

Квантовая эффективность находится по формулам (1..5) – (1.6), динамический диа-

Содержание отчета

1.Графики зависимостей dU от освещенности матрицы для всех пройденных режимов испытательной таблицы

2.Расчет разрешающей способности видеокамеры без объектива.

3.Графики зависимостей dUmin и dUmax от расстояния между тестовой панелью

иобъективом при измерении разрешающей способности ПЗС матрицы с объективом.

4.Расчет разрешающей способности видеокамеры с объективом.

5.Графики зависимостей Uсигн/Uшум от освещенности матрицы.

6.Определение минимального значения чувствительности ПЗС матрицы.

7.Расчет отношения сигнал/шум.

8.Графики зависимостей dUmin и dUmax от освещенности на основе пункта «Исследования максимального значения чувствительности ПЗС матрицы».

9.Расчет динамического диапазона.

10.Определение освещенности при которой начинается растекание заряда (на основе пункта «Исследование эффекта растекания заряда» ).

11.Определение оптического формата ПЗС матрицы.

12

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКРАНОВ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫХ ПРИБОРОВ

Целью работы является ознакомление с основными характеристиками и параметрами экранов электронно-лучевых приборов (ЭЛП).

Параметры и характеристики экранов

Одним из основных элементов широкого класса ЭЛП, в большой степени определяющих их качество, является люминесцентный экран. Экран преобразует энергию электронного пучка в световую энергию, обычно в видимой части спектра, и представляет собой тонкий слой катодолюминофора, нанесенный на дно баллона прибора.

В ЭЛП используется явление катодолюминесценции, возникающей при бомбардировке люминофоров быстрыми электронами. Люминофоры представляют собой кристаллические вещества с низкой электропроводностью и по своим физическим свойствам близки к примесным полупроводникам. В качестве люминофоров обычно используются смеси солей цинка, кадмия, кальция и некоторых других элементов. Наиболее широкое применение нашли сульфидные люминофоры (сульфиды цинка и кадмия, активированные серебром или медью). Путем изменения состава компонентов можно получить широкий спектр цветов излучения.

Как видно из рис. 2.1, внутри достаточно широкой (1,5 ÷ 2 эВ) запрещенной зоны W0 имеются локальные разрешенные уровни, возникшие за счет примесей и дефектов кристаллической решетки.

При бомбардировке люминофора электронами пучка большая часть энергии преобразовывается в тепло, вызывая тепловые колебания кристаллической решетки. Небольшая часть энергии вызывает переход электронов из валентной зоны в зону проводимости

(переходы 1-2, 3-4, 7-8 иа рис.2.1).

13

Если в результате таких переходов электроны окажутся в зоне проводимости выше потенциального барьера (переход 3-4), то они смогут покинуть кристалл - возникнет вторичная электронная эмиссия. Однако лишь некоторая доля вторичных электронов покидает экран. Значительная их часть взаимодействует с кристаллами люминофора, вызывая новые акты возбуждения или выход третичных электронов, которые, в свою очередь, могут возбуждать люминофор. Акты возбуждения вторичными и третичными электронами даже более вероятны, чем непосредственное возбуждение быстрыми (первичными) электронами.

Электроны, переброшенные в зону проводимости, но не вышедшие за пределы кристалла, быстро переходят на свободные нижние уровни зоны проводимости (переходы 2-5, 8-9), эти переходы не сопровождаются излучением, так как электроны отдают часть своей энергии на взаимодействие с колебаниями решетки. У этих электронов имеются две возможности для рекомбинации с дыркой либо переход непосредственно в валентную зону, который, как следует из теоретических расчетов, маловероятен, либо переход на один из локальных уровней (5-6). Так как в реальных кристаллах имеется целый ряд локальных уровней, спектр излучения люминофора обычно занимает некоторую полосу с выраженным максимумом, соответствующим переходам электронов с нижнего уровня зоны проводимости на наиболее распространенные в данном кристалле локальные уровни. Кроме того, размытие спектра в значительной мере обусловлено тепловыми колебаниями атомов кристаллической решетки.

Переходы 1-2-5-6 протекают довольно быстро (10-8 ¸ 10-9 с), поэтому возникновение и прекращение свечения люминофора должно было бы происходить практически мгновенно. Однако опыт показывает, что затухание свечения люминофора после прекращения электронной бомбардировки может растягиваться до нескольких секунд и даже минут. Наличие длительного послесвечения объясняется задержкой электронов в так называемых электронных ловушках - локальных дефектах кристаллической решетки, захватывающих электроны из зоны проводимости и удерживающих их там длительное время. Из ловушки электрон за счет теплового возбуждения или внешнего воздействия может перейти в зону проводимости, а оттуда на один из локальных уровней с выделением кван-

та света (переход 7-8-9-10-11-12).

Время, в течение которого наблюдается свечение катодолюминофора после прекращения возбуждающего воздействия, носит название времени послесвечения. Затухание свечения зависит от состава люминофора и происходит по экспериментальному закону (2.1)

где t - время; τ - константа затухания; B0 - установившееся значение яркости (рис.2.2).

Рис. 2.2. Определение времени послесвечения

14

Однако некоторые люминофоры имеют более сложный характер затухания. Время послесвечения таких экранов зависит, помимо свойств люминофора, от режима возбуждения. В этом случае понятие "константа затухания" теряет конкретный смысл.

Методики исследования характеристик экранов и описание установки

Блок-схема установки для исследования яркостных характеристик экрана приведена на рис.2.3. Измерение яркости свечения трубки сводятся, как видно из рисунка, к измерению светового потока, излучаемого светящейся поверхностью. Величина светящейся поверхности (растра) должна оставаться постоянной в процессе измерений. Изменение размера растра приводит к изменению условий возбуждения экрана, так как при этом либо меняется плотность тока, либо время возбуждения люминофора.

Рис.2.3. Блок-схема установки для измерения яркости свечения экрана

В установке предусмотрены регулировки размера растра по горизонтали и вертикали в широких пределах. Кроме того, для уменьшения ошибок измерений необходима возможно большая линейность отклонения луча по экрану. Это требование вытекает из необходимости сохранения постоянства времени возбуждения для различных участков экрана. Принцип действия схемы заключается в следующем. Световой поток с экрана трубки 1 падает на фотокатод ФЭУ 4 (фотоэлемент или радиационный термоэлемент), и возникающий при этом ток регистрируется микроамперметром 5.

Для определения времени послесвечения, а следовательно и инерционности экрана, необходимо получить кривую изменения интенсивности свечения экрана во времени с момента прекращения возбуждения. Наиболее простым способом является осциллографический, при котором кривая послесвечения воспроизводится на экране осциллографа, а затем либо фотографируется, либо (для приближённой оценки) зарисовывается. Блоксхема соответствующей установки приведена на рис.1.5, принцип действия ее заключается в следующем. Так как время послесвечения экрана не зависит от параметров возбуждающего пучка (плотности тока и энергии электронов), то можно использовать возбуждение неподвижным расфокусированным пучком. При этом длительность возбуждения должна быть близка к таковой для реальных условий работы, например, для кинескопов она должна быть близка к 10-7 с (таковой для реальных условии работы является время нахождения пучка на элементе разложения при стандарте 625 строк).

Подачей отрицательного смещения на модулятор трубка запирается, и экран не светится. Отпирающие прямоугольные импульсы требуемой длительности вырабатываются генератором прямоугольных импульсов 2 и подаются на модулятор трубки. Одновременно через линию задержки подается импульс, запускающий ждущую развертку осциллографа 6. Частота следования импульсов должна быть такой, чтобы между двумя последующими импульсами свечение экрана успевало затухнуть.

15