facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Page translation
 

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННО ЛУЧЕВОЙ ТЕХНИКИ РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННО ЛУЧЕВОЙ  ТЕХНИКИ РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ
Travnikov Yevgeniy, гранд-конструктор впк, candidate of technical sciences, associate professor

Conference participant

В статьерассматриваются вопросыобразования оптико-электронной лучевой регистрации ин формации, как наиболее распространенной в профессиональной и бытовой повседневной жизни населения и пути её дальнейшего развития и применения.

Ключевые слова: Осциллографы, телевизоры, видеокамеры, рентген аппараты медицины, устройства ночного видения.

The article discusses educational issues of optical-electronic radiation registration information, as most common in household and professional everyday life and the ways of its further development and use.

Keywords:Oscilloscopes, TV sets, video cameras, x-ray machines, medicine, presenter of night vision.

 

Нет ничего более массового как вечером телевидения,

Чтобы познать мир и людей для отдыха и предвидения

 ЕНИТ, ХХI век.

 В область оптико-электронной лучевой техники регистрации информации входят такие всем известные приборы как электронные осциллографы, телевизоры, мониторы, телевизионные камеры, рентгеновские аппараты медицины, приборы ночного видения и др. Лучевой электроникой можно назвать область науки и техники регистрации информации, которая охватывает вопросы создания электронных потоков (пучков). Это приборы осуществляющие преобразование электрических сигналов в световое изображение. К ним относятся в первую очередь электронные осциллографы, телевизионные приемники и мониторы, в которых след электронного пучка на экране несет информацию о характере электрического сигнала, поданного на отклоняющую систему электронно-лучевой трубки. Первый прибор был сконструирован в 1897 г. изобретателей Брауном (трубка Брауна). Можно сказать, что именно электроннолучевой прибор явился родоначальником всего многообразия всех современных электронных приборов. В первых осциллографических трубках использовался холодный металлический катод, рабочие напряжения составляли десятки киловольт, вместо используемых сейчас электронных линз применялась так называемая газовая фокусировка, при которой электронный пучок концентрировался на оси прибора благодаря ионизации газа в рабочем объеме прибора. Такая фокусировка была очень некачественной. В дальнейшем развитие осциллографических трубок пошло по пути создания высоковакуумных приборов с использованием для фокусировки пучков электронных линз, что повысило быстродействие, эффективность и долговечность проборов, а также резко снизило рабочее напряжение. Изобретение профессора Петербургского университета Б.Л. Розинга в 1907 г. положило начало развития самого массового в наше время класса приборов- приемных телевизионных трубок - кинескопов. Наряду с кинескопами прямого видения определенное применение получают так называемее проекционныекинескопы для оптической проекции на большой экран, соизмеримый с обычным киноэкраном. Среди приборов, преобразующих электрический сигнал в видимое изображение относятся индикаторные трубки, используемые в основном для радиолокации. К рассмотренной области относятся различные осциллографы, телевизионные приемники (телевизоры) и др. Есть большая группа оптико-электронных лучевых приборов, преобразующих световые изображения в электрические сигналы. Электронные трубки этих приборов называютсяпередающими, современные эти приборы именуются как суперортикон и видикон, которые позволяют вести телевизионную передачу при освещенности порядка единиц и долей люкса при высоком качестве передаваемого изображения. Эти приборы относятся к громадной области техники передающих телевизионных камер на электровакуумных трубках, сейчас пере- ходящих на твердотельные приборы зарядовой связи (ПЗС). Кроме того, электровакуумные передающие трубки широко используются в приборах, преобразующих световое изображение в невидимых инфракрасных лучах и именуются как электронно-оптические преобразователи (ЭОП). Эти при боры широко используются в физических исследованиях, астрономии, медицине и ряде других областей. И наконец, четвертая группа электроннолучевых устройств составляют приборы, осуществляющие преобразование электрических сигналов вновь в электрические сигналы. К ним относятся электроннолучевые коммутаторы и запоминающие трубки, называемые потенциалоскопы, позволяющие фиксировать т сохранять информацию в виде электрических зарядов и в случае необходимости воспроизводить её в нужной последовательности однократно или многократно. Достижения в области электронной лучевой оптики позволили создать т так называемые супер электронные микроскопы, позволяющие получать гораздо большую разрешающую способность , чем обычные оптические световые. К электроннолучевым можно отнести такие широко распространенные приборы СВЧ как клистроны, лампы с бегущей и обратной волной. Рассмотрим по порядку области применения оптико-электронной лучевой регистрации информации.

Электронные осциллографы применяют приемные электроннолучевые трубки (ЭЛТ) с вакуумной средой внутри их (рис.1). Это прибор, служащий для наблюдения и измерения параметров электрических сигналов. В нем используется отклонение электронного луча для получения изображения мгновенных значений функциональных переменных величин, одной из которых является время, например напряжений , токов, формы любых сигналов синусоидально, прямоугольного или другого характера. Для исследования зависимости электрического напряжения от времени исследуемое напряжение подается на вход «Y» осциллографа и включается генератор развертки, вырабатывающий линейно изменяющееся напряжение. Для исследования зависимости одного напряжения (тока) от другого первое из указанных напряжений подается на вход «Y», а второе – на вход «Х», генератор развертки при этом отключается. Существуют многолучевые и многоканальные осциллографы, где применяются специальные многолучевые ЭЛТ. Осциллограф включает:

--электронно-лучевую трубку (ЭЛТ),

- канал «Y»- канал вертикального отклонения луча, содержащий входное устройство, предварительный усилитель, линию задержки и оконечный усилитель,

-канал «Х»- канал горизонтального отклонения луча, генератор развертки по оси Х, устройство синхронизации, предварительный и оконечный усилитель Х,

- канал Z- канал управлении я яркостью луча,

 -калибровочное устройство.

В состав электронного осциллографа входят не показанные на структурной схеме низковольтный и высоковольтный выпрямители (блоки питания). Ниже структурной схемы показан внешний вид современного электронного осциллографа. Одним из основных узлов осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которая представляет собой стеклянный баллон с высоким вакуумом внутри . Внутри ЭЛТ имеется система электродов и экран, покрытый изнутри люминофором. При попадании на экран электронов сфокусированного пучка наблюдается его свечение. В цилиндрической части ЭЛТ расположен катод, модулятор, первый и второй аноды, две пары отклоняющий пластин (самый нижний рисунок). Источником электронов является оксидный катод, который подогревается с помощью нити накала, изолированной от катода. Систему электродов: катод, цилиндрический модулятор, первый и второй аноды именуют электронной пушкой. На модулятор относительно катода подают отрицательный потенциал, величину которого регулируют переменным резистором и этим самым изменяют яркость светящегося пятна на экране ЭЛТ. Первый анод используется для фокусировки электронного луча, а второй –служит для ускорения электронов. Обозначение в ЭЛТ буквой А говорит о покрытии голубым люминофором, буква И- зеленым цветом. Есть ЭЛТ с электростатическим отклонением луча (нами рассмотрен), а есть и с электромагнитным отклонением.

Передающие электронно-лучевые трубки – воспринимают изображение, преобразуют его в электрический сигнал и передают его дальше. Изображение воспринимается только после оптической системы- объектива, сфокусированного и откадрированного. Передающие электронно-лучевые трубки применяются в студийных телекамерах, раньше применялись и в плечевых и ручных, где сейчас получили широкое распространение полупроводниковые приборы зарядовой связи (ПЗС). Устроены трубки подобно осциллографическим, но только имеют почти цилиндрическую форму (осциллографические цилиндрическую с раструбом большого диаметра) и в стеклянном баллоне выполнен высокий вакуум. Передняя торцевая часть баллона –мишень имеет внутри фотослой, именуемый фотокатодом (рис.2).

Рис. 2. Применение оптико-электронной лучевой техники регистрации информации в видеокамерах

 

Электроны, имитируемые фотокатодом, ускоряются электрическим полем и фокусируются магнитным полем длинной фокусирующей катушки G5, G4 , G3 на тонкой двусторонней мишени G6 из полупроводникового стекла так, что вышедшие из одной точки фотокатода электроны, заряжают её положительно. Другая сторона мишени периодически построчно сканируется пучком медленных электронов, который формируется электронной пушкой, фокусирующей той же катушкой и отклоняется поперечным магнитным полем двух пар отклоняющих катушек. Появляющиеся на мишени за счет вторичной эмиссии под воздействием электронов с фотокатода заряды в промежутке времени между двумя проходами пучка накапливаются на емкости между обращенной к фотокатоду стороной мишени и мелкоструктурной сеткой G6, что приводит к локальному повышению потенциала обеих сторон мишени, пропорциональному освещенности соответствующих участков фотокатода. При сканировании мишени пучков потенциал мишени понижается, а часть электронов пучка, тем больше, чем меньше накопленный заряд , отражается от неё и направляется на электронный умножитель, с загрузки которого снимается усиленный сигнал. Таким образом видимое изображение преобразуется в электрический сигнал. Растровая развертка луча производится магнитной отклоняющей системой (отклоняющие катушки). При проектировании сквозь сигнальную пластину оптического изображения сопротивление мишени будет изменяться согласно распределениюосвещенности. Таким образом, накомутирующей поверхности мишени создается положительный потенциальный рельеф и при развертке её поверхности электронным лучом в цепи сигнальной пластины создается видеосигнал. На нижней части рисунка приведен общий вид видикона. Широкое применение видикона находят так же в системах промышленноготелевидения.

Рис. 3. Структурная схема видеокамеры.

 

 Упрощенная структурнаясхема видеокамеры приведена на рис.3, где былаприменена электронно-лучевая трубка ЭЛТ. Если в видеоустройстве была применена только система преобразования светового изображения в электрический видеосигнал, то это называетсятелекамерой, а если ещё добавляется устройство записи видеосигнала со звуком, объединенные раздельно или нераздельно в одном корпусе, то устройство именуется как видеокамера.

Рис. 4. Конструктивное исполнение видеокамер:

а – ручное, б - плечевое, штативное

По конструктивному исполнению видеокамерыразличают на ручные (рис.4,а), плечевые (рис.4,б) иштативные (стационарные) (рис.4,в). Ручные видеокамеры имеют небольшую массу (до 1 кг), габаритные размеры и пониженную устойчивость оптической оси в пространстве. Конструкция видеокамер не разъемная, т.е. все размещено в одном корпусе. Очень широко применяются в бытовом использовании. Плечевые видеокамеры имеют среднюю массу до 9-15 кг, средние размеры и удобное размещение на плече видеооператора. Применяются для репортажных съемок в профессиональных целях. Иногда в стационарных условиях устанавливаются на специальных трехножных штативах , имеют увеличенную стабилизацию ориентации оптической оси в пространстве, особенно по изобретению Травникова Е.Н., представленного вверху на рис. 2. Штативные видеокамеры имеют большую массу (до 100 кг) и большие габаритные размеры, применяются для стационарного использования в больших залах, павильонах, открытых спортивных площадках и стадионах. Имеют отличную стабильность положения оптической оси в пространстве. Могут устанавливаться на подвижных специальных тележках в кино и видеопроизводстве.

 Телевизионные приемники с электронно-лучевой трубкой ещё имеют широкое распространение и выпускаются многими зарубежными фирмами . Они имеют различные структурные схемы (рис.5,а,б) и прямоугольное с большой глубиной деревянного или пластмассового корпуса (рис.5,в) из-за большой длины электронно-лучевой трубки, именуемой в них кинескопом .В последнее время получили широкое распространение проекционные телевизоры (рис.6, рис.6,а, рис.7), изображение на котором выводится на просветном или отражающем экране, предельный размер которого 2,5 м. или более по диагонали.

Рис. 6. Старые технологии проекционных телевизоров делали их большими и неуклюжими как слон

Рис. 6,а. Еще несколько оптических схем проекционных телевизоров

По принципу действия среди них выделяют следующие разновидности: на кинескопах (CTR), на жидко кристаллических (ЖК)- (LCD) матрицах, на ЖК матрицах на кремниевой подложке (LCOD), а также проекционный светоклапанный телевизор на масляной пленке, модулируемой электронным лучом (система «Эйдофор). В проекционных телевизорах и проекторах на кинескопах используются три очень ярких небольших кинескопа основных цветов (RGB), изображение с которых через оптическую систему и зеркало попадает на большой экран (рис.6 и рис.6,а). Оптическая система расположена под определенным углом и электронные лучи с неё сводятся в одну точку на экране и объединена конструктивно в различных по исполнению головках. Эту технологию проекционных телевизоров относят к старым. Проекционные телевизоры с тремя ЭЛТ обладают довольнобольшим габаритом и весом (порядка 70-90 кг), но они обладают наилучшей картинкой и цветопередачей, а также уровнем зернистости (пикселизации). Кинескопы имеют очень большую яркость, поэтому не рекомендуется долго смотреть неподвижные сюжеты, так как может произойти выгорание люминофора ЭЛТ, ухудшающее просмотр. Конструктивное исполнение таких телевизоров- напольная, частота сканирования 50 или 100Гц, последнее лучше. Стоимость этих проекционных телевизоров значительно ниже, чем плазменных. Есть ещё несколько оптических схем проекционных телевизоров (рис.6,а). Есть очень интересное решение, примененное в так называемых светоклапанных проекционных телевизорах (рис.7) –

Рис. 7. Еще несколько схем проекционных телевизоров

устройствах на масляной пленке, модулируемой электронным лучом (система «Эйдофор»), ибо такая система позволяла получить изображение, размером в десятки квадратных метров. Принцип работы светоклапанного устройства заключается в том, что свет от мощного источника с линзовой оптикой 1 обеспечивающей равномерность потока, попадает на щелевое зеркало 2 и отражается им на сферическое зеркало 6, покрытое масляной пленкой 7. Зеркала сориентированы таким образом, что при гладкой пленке свет, отражаясь, возвращается в направлении к источнику, а экран 4 остается незасвеченным. Деформация пленки в какой-либо точке вызывает отклонение отражающегося от неё луча, который проходя через щель зеркала 2, попадает с помощью проекционной оптики 3 в определенную точку экрана. Яркость свечения пятна на экране зависит от деформации пленки, которая в свою очередь, зависит от величины заряда, устанавливаемого на её поверхности электронным пучком. Электронная пушка 5, генерирующая электронный пучок, заключена в общую со сферическим зеркалом стеклянную оболочку, в которой поддерживается вакуум. Пучок фокусируется , отклоняется электромагнитной системой и модулируется по мощности аналогично тому, как это происходит в обычных ЭЛТ (кинескопах). Основной недостаток- выработка масла, а его замена, процедура не из простых. Интересны проекционные телевизоры на LCDматрицах (рис.7,б). Сейчас данные телевизоры пользуются очень высоким спросом. Они имеют три матрицы основных цветов (RGB) или одну трехцветную. На экране на изображение направляется свет от мощной лампы, которая формирует изображение прямо на матрице. Затем лучи проходят через систему линз к наклонному зеркалу и отражается на экране. Пучок света проходит чрез несколько экранов, формируя изображение. Экран Френеля, предназначенный для того, чтобы развернуть луч перпендикулярно плоскости экрана, экран рассеивания, который усиливает частоту и контрастность изображения через поглощения внешнего источника света, через него и видно изображение. Защитный экран, который предохраняет от царапин и механических повреждений. Данные телевизоры привлекают внимание покупателей своей компактностью, небольшими габаритными размерами, сравнительно небольшой стоимостью. Они имеют яркий большой экран, обладают высоким разрешением, изображение четкое и не мерцает, качество изображение очень детальное, что создается пикселями, аналоговый сигнал преобразуется в цифровой. К недостаткам относят проблемы с отводом тепла, так как матрицы просвечивает мощная лампа.

Все рассмотренные устройства относят к регистрации изображений , они занимают около 80% всей техники регистрации информации (рис.8), по которой автор написал электрону книгу.

Выводы:

1. Оптико-электронная лучевая техника регистрации информации занимает свою немалую нишу как в бытовом , так и промышленном применении.

2. Электронные осциллографы широко применяются в промышленном производстве, учебном обучении в ВУЗах и радиолюбительстве и никогда не исчезнут из техники, при научных исследованиях, при создании новой техники в любых отраслях.

3.Телевизоры на ЭЛТ также широко применяются, больше в быту, и не собираются уступать место телевизорам с плазменными панелями ввиду высокого качества изображения и самой низкой стоимостью и высоким сроком службы ( у автора статьи цветной телевизор фирмы JVCотлично работает уже 15 лет, для двоих членов семьи размер его экрана по диагонали 54 см вполне устраивает)

4. Проекционные телевизоры пока не имеют широкого распространения, но рассмотренные в конце статьи при сравнительно не высокой стоимости имеют высокий спрос, например в США и др., но не на Украине. Телевизоры с плазменными экранами имеют малый спрос ввиду очень высокой стоимости при сравнительно низким уровнем жизни подавляющей части населения. Область их применения для конференц-залов различных корпораций , банков и богатых слоев населения.

Литература:

  • 1. Р.М. Домбругов. Телевидение. К.»Вища школа», 1988 г.
  • 2.К.Т. Колин и др. Телевидение. М.,»Связь»,1980 г.
  • 3.Джакония В.Е. Запись телевизионных изображений М.,»Энергия», 1972г.
  • 4. Е.Н. Травников и др. Системи та пристрои реєстраціі реєстртаціі інформаціі. Учебник для студентов ВУЗов. Киев, «Кафедра» 2013г.
  • 5. Е.Н. Травников. Основы и техника записи и воспроизведения изображений. К., Электронный вариант. 2004 г.
  • 6. Материалы их Интернета.
     
Comments: 1

Asmalouskaya Iryna

Добрый день. Можно ли опубликовать данную статью в журнале "Электроника инфо" со ссылкой на сайт?
Comments: 1

Asmalouskaya Iryna

Добрый день. Можно ли опубликовать данную статью в журнале "Электроника инфо" со ссылкой на сайт?
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.