Плюмбикон

Широкому использованию видикона в аппаратуре вещательного телевидения препятствует большая инерционность, значение которой складывается из коммутационной и фотоэлектрической составляющих. Уменьшение фотоэлектрической составляющей инерционности может быть достигнуто путем использования в качестве материала мишени веществ, обладающих низкой концентрацией ловушек, и создания режима работы, обеспечивающего прохождение носителей тока без рекомбинации. Для уменьшения коммутационной составляющей инерционности, связанной с конечным временем перезарядки элементарного конденсатора мишени С _э стремятся уменьшить его емкость путем изменения геометрических параметров мишени, что приводит к уменьшению времени дозаряда этого конденсатора.

Однако уменьшение емкости конденсатора С _э приводит одновременно к уменьшению постоянной времени его разряда τ = С _э R _э и для сильно освещенных участков изображения, соответствующих малым сопротивлениям R _эпостоянная времени разряда может оказаться меньше длительности кадра, что приведет к неполному использованию эффекта накопления. Следовательно, уменьшение емкости участка мишени должно сопровождаться одновременным увеличением сопротивления R _э. При этом необходимо позаботиться о сохранении потенциального рельефа, определяемого отношениями максимального и минимального значений элементарных сопротивлений, т.е. соответственно этому изменить свойства мишени. Разумеется, из-менение свойств мишени не должно сопровождаться увеличением фотоэлектрической составляющей инерционности. Упомянутые условия выполняются при замене фоторезистивной мишени мишенью фотодиодного типа, имеющей электронно-дырочный p-i-n -переход. Это обеспечивает малую инерционность фотоэффекта, высокое темновое сопротивление и близкую к линейной световую характеристику.

а) б)

Рис. 8.5. Плюмбикон:

а — устройство мишени; б — эквивалентная схема мишени

Мишень плюмбикона состоит из трех слоев и схематически изображена на рис. 8.5,а. Тонкая прозрачная сигнальная пластина 3 нанесена на стеклянную планшайбу 2 с внутренней стороны баллона трубки и служит для вывода сигнала. На сигнальную пластину как на подложку нанесен также тонкий прозрачный слой полупроводника 4 с проводимостью типа п. Далее идет слой 5, обладающий собственной проводимостью (типа i) и образующий основную толщину мишени. Затем на поверхности мишени с помощью специальной обработки создается слой 6 с проводимостью типа р. Слой 6 с проводимостью р так же, как слой 4 с проводимостью п, получают легированием основного слоя 5. Слой 6 должен обладать более высокой, чем слой 5, проводимостью и быть достаточно тонким для предотвращения растекания зарядов между участками мишени с различными потенциалами.

Сигнальная пластина и слой с проводимостью типа п прозрачны для прохождения световых лучей. Слой i выполнен из химически чистой окиси свинца с упорядоченной кристаллической структурой. Кристаллы имеют пластинчатую форму с размерами примерно 0,1x3,0x0,05 мкм и ориентированы параллельно направлению световых лучей. Такая структура мишени позволяет существенно снизить концентрацию ловушек, чем увеличивает скорость дрейфа и уменьшает вероятность рекомбинации носителей тока. Благодаря этому, а также высокой напряженности поля в слое i все носители тока проходят сквозь него не рекомбинируя. Следовательно, структура слоя i такова, что позволяет значительно увеличить толщину мишени, не вызывая увеличения фотоэлектрической составляющей инерционности. Увеличение толщины мишени приводит, во-первых, к уменьшению емкости, а значит, и к уменьшению коммутационной составляющей инерционности, во-вторых, к более полному поглощению падающего на мишень света, что повышает чувствительность мишени.

Эквивалентная схема элементарного участка мишени плюмбикона представлена на рис. 8.5,б. Она отличается от схемы на рис. 8.1,бвключением фотодиода р-i-п типа. Из-за большой ширины запрещенной зоны слоя г скорость тепловой генерации носителей тока мала, что существенно уменьшает темновой ток, а следовательно, увеличивает темновое сопротивление мишени R _э.т. В момент коммутации р-i-п переход смещается в обратном направлении, что дополнительно увеличивает R _э.т.

Рис. 8.6. Световая характеристика плюмбикона с дополнительным считыванием пересвеченных мест изображения

Рис. 8.7. Спектральная характеристика чувствительности плюмбикона

Повышенное рассеяние света вызывает образование ореолов и бликов вокруг ярких деталей изображения. Для устранения этого явления трубки с фотодиодной мишенью из окиси свинца снабжены противоореольным стеклянным диском 1 (см. рис. 8.5,а) толщиной около 6 мм, закрепленным на входном окне 2 с помощью оптической склейки.

Световая характеристика плюмбикона линейна (см. рис. 8.6) в широком диапазоне освещенности (штриховая линия). Показатель нелинейности у для этой трубки лежит в пределах 0,95±0,05. Малый разброс этого параметра указывает на высокую его воспроизводимость, что является большим достоинством фотодиодной мишени при работе в многотрубочных камерах цветного телевидения (ЦТ).

Плюмбикон обеспечивает высококачественное изображение при рабочей освещенности мишени 5...8 лк и, таким образом, несколько уступает по этому параметру видикону. Плюмбикон обеспечивает равномерную по полю разрешающую способность, равную 600 линиям, при высоком отношении сигнал/помеха, достигающем 200:1. Малое значение темнового тока (0,5...3 нА) и его высокая равномерность (1%) обусловливают воспроизведение плюмбиконом уровня черного.

Существенным преимуществом плюмбикона перед видиконом является его малая инерционность. Остаточный сигнал спустя кадр после выключения света не превышает 5%. Для снижения инерционности при передаче движущихся объектов с низким уровнем освещенности применяется дополнительная подсветка мишени.

Спектральные характеристики плюмбикона приведены на рис. 8.7. Кривая 1 характеризует спектральную чувствительность трубки с нелигированной мишенью. Спад характеристик в длинноволновой части видимого спектра затрудняет использование трубки с такой мишенью в «красном» канале многотрубочной камеры цветного телевидения. Легирование окиси свинца серой способствует смещению спектральной характеристики в длинноволновую область (кривая 2). При этом мишень приобретает чувствительность и к не воспринимаемому глазом излучению ближней инфракрасной области спектра. Для подавления излучения с длиной волны свыше 720 нм на противоореольный диск трубки нанесен интерференционный светофильтр с полосой пропускания в области 400...720 нм. Кривая 3 соответствует спектральной чувствительности такой трубки.

Линейная световая характеристика плюмбикона (см. рис. 8.6) приводит к тому, что при освещенности мишени, превышающей рабочую в 2-3 раза, потенциальный рельеф возрастает настолько, что ток луча становится недостаточен для полной коммутации «пересвеченных» участков мишени. При передаче движущихся объектов с повышенной яркостью на экране возникают дефекты изображения в виде тянущегося следа («хвосты кометы»). Для устранения этого дефекта в последних выпусках трубок (ЛИ-457, ЛИ-458) используется так называемый антикометный прожектор, с помощью которого «пересвеченные» участки мишени дополнительно считываются лучом с увеличенным током (100... 150 мкА) во время обратного хода по строке, что обеспечивает полную коммутацию участков мишени с освещенностью более чем в 30 раз превышающей номинальную. В результате такого дополнительного считывания световая характеристика плюмбикона получает характерный излом (см. рис. 8.6, сплошная линия).

Высокие показатели трубок с окисно-свинцовой мишенью в сочетании с минимальной инерционностью и линейностью световой характеристики сделали их наиболее подходящими отечественными приборами для передающих камер ЦТ.