3.4. Видикон
Фоточувствительные поверхности, использующие явление внешнего фотоэффекта, обладают малой чувствительностью. Существенно увеличить чувствительность трубок и при этом упростить их конструкцию можно, используя фотомишени, построенные на явлении внутреннего фотоэффекта – фотопроводимости. Таким оптико-электрическим преобразователем был ВИДИКОН, изобретенный в 1950 году.
Видикон – Рис. 3.5., отличается простотой конструкции, небольшими размерами и массой и является высоконадежной и достаточно дешевой передающей трубкой.
Рис.3.5. Устройство видикона
Где - СП – сигнальная пластина (фотомишень);
ВС – выравнивающая сетка;
ФК – фокусирующие катушки;
ОК – отклоняющие катушки;
КК – корректирующие катушки;
А1 – первый анод;
А2 – второй анод
Ф – световой поток;
Uc – напряжение выходного сигнала.
Оптико-электронный преобразователь видикон содержат 2 основных узла: фотомишень и электронную пушку.
Фотомишень состоит из фотослоя, и сигнальной пластины, которая представляет собой проводящий слой золота или платины, нанесенную на внутреннюю поверхность планшайбы и имеющую прозрачность более 90% и низкое поверхностное сопротивление. На сигнальную пластину нанесен полупроводниковый фотослой толщиной 1…3 мкм из соединения сурьмы, мышьяка и серы.
Электронно-оптическая система содержит электронную пушку и мелкоструктурную выравнивающую сетку (ВС) помещенную перед фотомишенью. Пушка состоит из подогреваемого катода, управляющего электрода (УЭ), первого (А1) и второго (А2) анодов. Второй анод создает эквипотенциальную область, в которой происходит фокусировка и отклонение развертывающего луча. Потенциал выравнивающей сетки в 1,5-2 раза превосходит напряжение второго анода, что обеспечивает подход электронов ко всей поверхности фотомишени под прямым углом. Это обеспечивает равномерную фокусировку луча, и одинаковый исходный потенциал на всей поверхности мишени, что является одним из условий получения равномерного сигнала по всему полю изображения. Фокусировка, отклонение и коррекция траектории электронного луча осуществляется внешней магнитной системой, состоящей из длинной фокусирующей катушки ФК, отклоняющих ОК и корректирующих КК катушек.
Внешний вид видикона без отклоняющих катушек приведен на фото Рис. 3.6.
Рис. 3.6. Конструкция видикона
Видикон, как оптико-электронный преобразователь, работает следующим образом.
Каждый элемент фотомишени видикона представляет собой элементарный конденсатор, образованный элементом сигнальной пластины и левой стороной мишени, который зашунтирован резистором, изменяющим свое сопротивление в зависимости от интенсивности освещенности этого участка. Эквивалентная схема фотомишени приведена на Рис. 3.7.
Рис. 3.7 Эквивалентная схема фотомишени видикона
При отсутствии освещения фотослой имеет высокое – «темновое» сопротивление. При освещении мишени за счет поглощения световой энергии внутри фотослоя возникают носители тока. Поэтому при проекции изображения на мишень, сопротивления участков мишени оказываются различными. В местах высокой освещенности оно может уменьшиться более чем в 100 раз, в сравнении с неосвещенными участками. На поверхности фотомишени, таким образом, возникает рельеф сопротивлений.
При коммутации пучком электронов потенциал всех элементов правой стороны мишени последовательно устанавливается равным потенциалу катода – равным нулю, тогда как на левой пластине конденсатора действует потенциал сигнальной пластины, то есть конденсаторы поочередно заряжаются до этого потенциала.
Если фотомишень не освещена, то сопротивления шунтирующих резисторов велико, и элементарные конденсаторы в перерывах между моментами коммутации почти не разряжаются. Поэтому при следующем проходе электронного луча по ячейкам они почти не дозаряжаются, и токи перезаряда елементарных конденсаторов, протекающие через резистор Rн очень малы и практически одинаковы (темновой ток).
Если же какие-то участки фотомишени освещены сильнее, то на этих участках сопротивление фотослоя резко уменьшается, и элементарные конденсаторы от одного прохода луча до другого разряжаются гораздо сильнее (возникает рельеф потенциалов). В результате, при очередном проходе по этим ячейкам электронного луча ток заряда конденсаторов будет значительно большим, и на нагрузочном сопротивлении Rн будет наблюдаться гораздо большее напряжение.
К достоинствам видикона можно отнести:
простоту конструкции и малые размеры;
высокую чувствительность – современные видиконы позволяют получать изображение при освещенности мишени всего в несколько люкс (в отличие от тысяч люкс для иконоскопа);
низкую стоимость и высокую надежность трубки.
Недостаток всех видиконов - их большая инерционность.
Видиконы, из-за своей очень высокой светочувствительности, широко применяются и в современных телевизионных системах, особенно в системах промышленного телевидения, системах охраны и ночного видения.