8Фотоэффект

Фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) предназначен для формирования электрического сигнала, соответствующего оптическому изображению, спроецированному на его экран. Преобразование световой энергии в электрический сигнал происходит на основе фотоэффекта. Фотоэффект бывает внутренний и внешний. Внешний фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия) – это испускание электронов веществом под воздействием электромагнитного излучения. На основе этого эффекта созданы фотодиоды, фотоумножители и некоторые виды передающих телевизионных трубок. Фоточувствительные поверхности этих приборов называются фотокатодами. Между фотокатодом и коллектором (анодом) таких приборов создается электрическое поле, отбирающее все вылетевшие из катода электроны, которые образуют фототок во внешней цепи прибора. Величина фототока пропорциональна освещенности фотокатода. Внешний фотоэффект используется в ряде телевизионных ФЭП (диссектор, иконоскоп, ортикон, суперортикон).

При внутреннем фотоэффекте фоточувствительный слой изменяет электрическую проводимость под действием падающего света. При этом за счет поглощения энергии излучения увеличивается энергия отдельных электронов и нарушаются их связи с ядром своего атома. Электроны не покидают вещество, как при внешнем фотоэффекте, а остаются внутри его. Внутренний фотоэффект положен в основу работы ряда телевизионных ФЭП (видикон, плюмбикон, кремникон, твердотельные преобразователи).

9Преобразователи свет-сигнал их общая характеристика

Фотоэлектрические преобразователи бывают мгновенного действия и с накоплением зарядов. В ФЭП мгновенного действия электрический сигнал пропорционален световому потоку, который воздействует на элемент фоточувствительного слоя в момент его коммутации развертывающим элементом преобразователя. Такие преобразователи обладают высокой линейностью световой характеристики, высокой разрешающей способностью, но низкой чувствительностью. Примером ФЭП мгновенного действия может служить передающая телевизионная трубка – диссектор. Такая трубка применяется в ТВ системах, обеспечивающих автоматизацию, контроль и управление производственными процессами, в устройствах чтения микрофильмов, чертежей и графиков. Однако диссектор не пригоден для передачи натурных сцен из-за малой чувствительности.

ФЭП с накоплением зарядов накапливают электрические заряды в течение периода кадровой развертки, а считывание этих зарядов происходит в момент коммутации элемента фоточувствительного слоя развертывающим элементом. Такие преобразователи могут использовать как внутренний фотоэффект (видикон, плюмбикон, кремникон), так и внешний (иконоскоп, ортикон, суперортикон). Эти преобразователи обладают высокой чувствительностью, обеспечивают высокое качество изображения и находят широкое применение в аппаратуре вещательного телевидения.

Качество ТВ изображения во многом определяется характеристиками ФЭП. К таким характеристикам относят: чувствительность, световую характеристику, спектральную характеристику, апертурную характеристику, инерционность.

Чувствительность – величина освещенности экрана преобразователя, обеспечивающая на выходе преобразователя заданное отношение сигнал/шум.

Световая характеристика – зависимость величины тока на выходе преобразователя от освещенности его экрана.

Спектральная характеристика преобразователя – зависимость величины тока на выходе преобразователя от длины волны электромагнитного излучения, падающего на экран преобразователя, при постоянной мощности излучения.

Апертурная характеристика (АХ) – зависимость глубины модуляции сигнала преобразователя от относительных размеров деталей изображения. АХ определяется при проецировании на экран преобразователя оптического изображения в виде чередующихся вертикальных белых и черных полос равной ширины (деталей изображения). Такое изображение называется штриховой мирой. Глубина модуляции сигнала – это отношение размаха сигнала (разность между максимальным и минимальным значением напряжения сигнала) от деталей заданного размера к размаху сигнала от крупных деталей изображения. При этом под крупными деталями понимаются детали, размеры которых во много раз превышают апертуру развертывающего элемента. Размеры деталей обычно соотносят с линейными размерами экрана преобразователя и выражают количеством полос, умещающихся на экране.