2.5. Многосигнальные преобразователи свет-сигнал

На базе рассмотренных в предыдущих разделах фотоэлектрических преобразователей могут быть построены ТВ-камеры черно-белого и цветного телевидения.

В камерах черно-белого телевидения перед экраном ФЭП устанавливается оптическая система, с помощью которой получают двумерное световое изображение объекта на экране преобразователя. Выходным сигналом преобразователя является сигнал яркости E_Y.

В оптической системе камеры цветного телевидения используется призменный блок, расщепляющий входной световой поток на три составляющие: R – красную, G – зеленую и B – синюю. Каждый выделенный поток подается на экран своего преобразователя. На выходе преобразователей образуются сигналы основных цветов E_R, E_G, E_B соответственно. К преобразователям, используемых в таких камерах, предъявляются жесткие требования по идентичности характеристик свет-сигнал, геометрических искажений, инерционности и т. п. В процессе эксплуатации таких камер необходимо поддерживать одинаковые режимы работы преобразователей. Всем этим обуславливается высокая стоимость камеры, ее большие габариты и вес. Однако с помощью таких камер удается получить высококачественное изображение. Рассмотренный способ формирования сигналов основных цветов находит применение в студийных и репортажных телевизионных камерах.

В последнее время в практику цветного телевидения внедряются многосигнальные преобразователи свет-сигнал. Многосигнальные преобразователи – это устройства, формирующие три сигнала основных цветов E_R, E_G, E_B, на базе одного электронного прибора. Такие преобразователи создаются в виде специальных приборов, либо строятся на базе односигнального преобразователя свет-сигнал, используемого в системах черно-белого телевидения. В последнем случае, перед экраном преобразователя устанавливается оптический кодирующий фильтр, а из выходного сигнала с помощью специального декодирующего устройства формируются сигналы основных цветов. Преобразователи подобного рода находят широкое применение в камерах телевизионного журналистского комплекса и бытовых камерах.

Многосигнальный видикон. Примером многосигнального ФЭП с непосредственным формированием сигналов основных цветов может быть трехсигнальный видикон (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Мишень трехсигнального видикона: 1 – планшайба; 2 – светофильтры; 3 – полосковые электроды (сигнальные пластины); 4 – фотопроводящий слой

Сигнальная пластина видикона выполнена в виде полосковых электродов, изолированных друг от друга. Столбцы электродов расположены перпендикулярно направлению строчной развертки. Перед каждым из полосковых электродов расположен светофильтр 2 одного из основных цветов R, G, B. Следующие друг за другом столбцы светофильтров разных цветов образуют триаду. Ширина триады соответствует размеру элемента изображения. Триады периодически повторяются, заполняя всю поверхность экрана.

Электроды под одинаковыми светофильтрами каждой из триад подсоединяются к одной выходной шине. Каждая из трех выходных шин имеет свой нагрузочный резистор R_н, с которого снимается соответствующий сигнал основного цвета E_R, E_G или E_B. (R_ф, С_ф – элементы низкочастотного фильтра, исключающего взаимовлияние сигнальных токов, протекающих в шинах). Фотопроводящий слой 4, как и в обычном видиконе, нанесен на сигнальную пластину с внутренней стороны мишени. Работа видикона на каждую из выходных шин аналогична работе описанного ранее односигнального видикона.

Многосигнальный преобразователь с частотным кодированием. Перед экраном преобразователя устанавливается оптический фильтр, состоящий из двух пластин полосковых светофильтров. Пластины накладываются друг на друга (рис. 2.13). Первая пластина представляет собой чередующиеся прозрачные и желтые полоски, расположенные на экране в виде столбцов, перпендикулярных направлению строчной развертки. Вторая пластина состоит из чередующихся прозрачных и голубых полосок, установленных под углом 45 к направлению строчной развертки (рис. 2.11). Спектральные характеристики (степень прозрачности для различных длин волн) желтых и голубых полосок приведены на рис. 2.10 [4].

В соответствии с этими характеристиками слабопрозрачной для длинноволновой (красной) области спектра светового излучения оказываются голубые полоски второго светофильтра. (Первый светофильтр прозрачен для этой области светового потока). Аналогично, для коротковолновой области спектра (синей) слабо прозрачными оказываются полоски желтого цвета. Для средневолновой (зеленой) области спектра прозрачными оказываются оба светофильтра (рис. 2.10). При движении развертывающего элемента по строке электронный луч, а следовательно, и выходной сигнал преобразователя Е, модулируется световыми потоками красного и синего диапазонов в соответствии с расположением желтых и голубых полосок на экране преобразователя (рис. 2.11).

Рис. 2.10. Спектральные характеристики: 1 – желтых полосок светофильтра; 2 – голубых полосок светофильтра

Рис. 2.11. Структура кодирующего фильтра и окна прозрачности вдоль строки ll: _В, _R – окна прозрачности для коротковольновой и длинноволновой областей спектра светового потока; _G – прозрачность кодирующего фильтра для средневолновой части спектра светового потока; 1 – желтые полоски; 2 – голубые полоски

Сигнал Е состоит их трех составляющих Е_RU, Е_BU и Е_GU. Составляющие Е_RU и Е_BU несут информацию о длинноволновой и коротковолновой областях светового излучения. Эти сигналы представляют собой импульсные последовательности с частотой повторения импульсов f_R и f_B соответственно. Частоты f_R и f_B – это частота пересечения развертывающим элементом соответствующих окон прозрачности светофильтра. Амплитуда каждого из импульсов в этих последовательностях определяется распределением синей (красной) составляющей светового потока вдоль строки. Ширина полосок желтого цвета выбирается такой, чтобы f_B = 5 МГц. Тогда при одинаковой ширине желтых и голубых полосок частота f_R составит 3,8 МГц. Это следует из того, что длина сечения полоски голубого цвета горизонтальной линией (строкой) оказывается в раз больше, чем длина сечения этой же линией полоски желтого цвета. Следовательно, и количество синих полосок на экране оказывается меньшим, чем число красных полосок.

Рис. 2.12. Спектр сигнала на выходе преобразователя с частотным кодированием

E = E_RU + E_BU + E_GU

Рис. 2.13. Многосигнальный преобразователь с частотным кодированием: М – вычитающее устройство; АД – амплитудный детектор; ФП1, ФП2 – полосовые фильтры; ФНЧ – фильтр низкой частоты; 1, 2 – пластины полосковых светофильтров

Для средневолновой области светового потока кодирующий светофильтр оказывает влияния на составляющую выходного сигнала E_G, несущую информацию о зеленом цвете.

Спектр сигнала на выходе преобразователя состоит из составляющей S₀, примыкающей к нулевой частоте и составляющих S_R и S_B, сгруппированных вокруг частот f_R и f_B (рис. 2.12). Составляющая спектра S₀ образована сигналами Е_RU, Е_BU и Е_GU; составляющие S_R и S_B – сигналами Е_RU и Е_BU соответственно.

Используя сформированный сигнал Е можно получить цветоделенные компоненты Е_R, Е_B и Е_G. Схема, поясняющая принцип их формирования, приведена на рис. 2.13.

Полосовые фильтры ФП1 и ФП2 выделяют спектральные составляющие сигнала Е на частотах f_R и f_B. Низкочастотный фильтр ФНЧ выделяет составляющую S₀. После амплитудного детектирования сигналов с выходов фильтров ФП1 и ФП2 получаются сигналы Е_R и Е_B. Для формирования сигнала Е_G необходимо из сигнала на выходе ФНЧ вычесть полученные сигналы Е_R и Е_B.