View
32
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu ). Prof. Ing. Pavel Bezoušek, CSc. hf [ eV ]. 0,001. 0,012. 0,124. 1 ,24. 12,4. 124. 1240. 30 000T. f [ Hz ]. 0,3T. 3T. 30T. 300T. 3 000T. Roentgen záření. Mikrovlnné kmitočty. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY
6. Optoelektronické součástky II (Zobrazovače a snímače obrazu )
Prof. Ing. Pavel Bezoušek, CSc
Pásmo optických kmitočtů
Pozn.: T = 1012, = 10-6, n = 10-9, h = 6,63.10-34 Js, 1eV = 1,6.10-19 J
f [Hz]
[m]
0,3T 3T 30T 300T 3 000T
0,1mm 10m
Mikrovlnné kmitočty
Optické záření
Dal
eké
infr
ačer
ven
é
Ult
rafi
alo
vé
záře
ní
f
1m 0,1m
Mil
imet
rové
Su
b-
mil
imet
rové
Blí
zké
infr
ačer
ven
é
Vid
itel
né
Infračervené
10nm 1nm
Roentgen záření
hf [eV] 0,001 0,124 1,24 12,40,012 124 1240
1mm
30 000T
Viditelné světlo
Barvy a vlnové délky780 nm 650 nm 580 nm 530 nm 480 nm 430 nm 380 nm
červená oranžovážlutá zelená modrá fialová
f
viditelné světlo ultra fialováinfra červená
Viditelné světlo Citlivost lidského oka
400 500 600 700
20
40
60
80
100
nm
B G
555
R
ZobrazovačeTypy zobrazovačů
Alfanumerické
• Zobrazují buď jen číslice a znaky +,-, ., nebo také písmena
• Zpravidla jednobarevné
• Podle technologie:
– LED– LCD
• Podle topologie:
– bodové– maticové
Obrazovky
• Zobrazují úplnou obrazovou informaci
• Černobílé nebo barevné
• Podle technologie:
– Elektronkové (obrazovky)
– LCD: pasivní, aktivní (TFT)
– Plazmové
ZobrazovačeAlfanumerické zobrazovače
Bodové:
• Například LED zobrazovače
• Typické pásové zobrazovače s diodami LED nebo žárovkové
Maticové:
Sedmisegmentový maticový element
Zobrazuje číslice, případně doplněné znaky: plus, minus, desetinná tečka
V případě LED zobrazovače je proud 1 segmentu 10 – 30 mA (při 1,5 – 2 V) – velká spotřeba, dobrá viditelnost (i ve tmě), široký úhel pozorování
ObrazovkyPlošný rozklad obrazu
Snímek: Řádky: Body
Počet bodů na řádek - N
Po
čet
řád
ků n
a s
ním
ek -
M
Různé normy (MxN):
• TV (PAL) : 575 x 767
• TV (NTSC): 480 x 640
• Počítačová: 3000 x 4000
• HDTV: 720 x 1280
nebo: 1080 x 1920
ObrazovkyBarevný rozklad obrazu
Základní barvy:
• Červená R (Red) - = 610 nm
• Zelená G (Green) - = 534 nm
• Modrá B (Blue) - = 470 nm
Odvozené barvy (R:G:B):
• Bílá – 0,3 : 0,59 : 0,11
• Žlutá – 0,36 : 0,38 : 0,26
• Fialová – 0,4 : 0,27 : 0,330,2 0,4 0,6 0,8 1
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
750R
B
G
bílá 610
590
570
550
530520
490
480380
x
y Diagram barev:
Zobrazovače s tekutými krystaly (LCD - Liquid Crystal Display)
• Tekuté krystaly – látky, které mají určitou krystalickou strukturu i v tekutém stavu.
• Nematické tekuté krystaly – mění své polarizační vlastnosti pod vlivem přiloženého napětí.
• Polarizace – směr elektrického pole v rovině vlnoplochy – lze jej vyjádřit dvěma parametry (rozložit do dvou směrů, např. horizontální a vertikální polarizace)
• Běžné světlo je směsicí obou polarizací. Jedinou polarizaci lze získat pomocí polarizačního filtru
Polar. filtr (vertikální polarizace)
Polar. filtr (horozontální polarizace)
vertikálně polarizované
světlo
teoreticky nevystupuježádné světlo
nepolariz. světlo
Zobrazovače LCD
Použití nematických krystalů
Polar. filtr 1
(Vertik. polar.)
Polar. filtr 2
(Horiz. polar.)
Ve
rtik
ál.
po
lari
z.
svě
tlo
světlo proměnné
inenzity
nepolariz. světlo
LCDnematický
Sv
ětlo
s o
toče
no
u
po
lari
zac
í
U Řízení natočení polarizace
Změnou napětí U na LCD lze měnit intenzitu procházejícího světla
Základní vlastnosti
• viditelnost znaku, kontrast (až 1:150)
• barva: odstíny šedi
• úhel pozorování (první displeje vodorovně 60°, svisle 40°)
• nízká spotřeba (pouze napětí)
• rychlost odezvy (1020 ms)
• rozlišení (desítky až 200 čar na mm)
• nutnost podsvícení, nebo vnější světlo
Zobrazovače LCD
ObrazovkyTV vakuové - princip
Katodový systém
Vychylovací cívky
Maska
Stínítko s luminofory
Katodový systém(Urychlení, zaostření)
kat
od
y
G1
(Jas)
G2, G4
+ 1 kV
G3, G5
(Ostření)+6 kV
G6, A+25 kV
deflektory
TV obrazovkyPrincip, vlastnosti
maska
čeln
í sk
lo
ob
razo
vky
luminofory
elek
tro
no
vé
svaz
ky
Detail dopadu elektronových svazků na stínítko
(pohled shora)
Vlastnosti
• Rozměr úhlopříčky do 80 cm
• Vychylovací úhel až 60°
• Velké rozměry (hloubka)
• Vysoký jas a kontrast
• Velké teplotní rozmezí (-30C až + 50C)
• Vady:
– konvergence
– poduškovitost
– linearita barev. odstínu
Princip
• Každý obrazový bod je tvořen základním zobrazovačem s tekutým krystalem a s integrovaným tenkovrstvým MOS tranzistorem (TFT = Thin Film Tranzistor)
• Všechny body jsou osvětleny společným zdrojem světla
• U barevných obrazovek je každý bod tvořen třemi takovými soustavami pro základní barvy R, G, B
TFT obrazovkyPrincip, uspořádání
Princip
• Každý černobílý obrazový bod má kapalný krystal (CLC) a jeden MOS tranzistor (T2)
• Po dobu zápisu 1 řádku jsou tranzistory T2 v jednom řádku současně sepnuty kladným napětím na hradle
• Obrazový signál je postupně připojován k jednotlivým sloupcům, pouze v sepnutém řádku a sloupci však nabíjí kapacitu CLC
TFT obrazovkyZapojení
Použití
• Miniaturní (přenosné) displeje
• PC ,TV i průmyslová zobrazení
• Součást TV i datových projektorů
• Nevhodné pro přímé hromadné sledování více osobami
TFT obrazovkyVlastnosti, použití
Vlastnosti
• Malá hloubka, nízké napětí, malá spotřeba
• Úhlopříčka do 90 cm
• Úhel pozorování omezen: vodorovně 60°, svisle 20°
• Pomalá odezva (10 ms)
• Vysoké rozlišení - až 200 čar/mm - nelze přizpůsobit
• Menší kontrast (do 500:1)
Princip
Každý bod má společnou výbojovou komoru s anodou a tři samostatné komůrky se samostatnými katodamipro R, G, B, propojené s centrální komorou kanálky. Stěny komůrek jsou pokryty barevnými luminofory. V závislosti na napětí katod se výboj vtahuje do jednotlivých komůrek a vznikající UV záření budí luminofor příslušné barvy.
Plazmové obrazovkyPrincip, uspořádání
Použití
• Velkorozměrové zobrazovací plochy pro individuální i hromadné sledování
• Vysoký jas a kontrast
• Velké teplotní rozmezí funkce
• Velká spotřeba (1kW/1 m2)
• Nevhodné pro miniaturní použití
Plazmové obrazovkyVlastnosti, aplikace
Vlastnosti
• Vysoký jas (1000 lx- body vydávají vlastní světlo)
• Vysoký kontrast (5000 : 1)
• Lze konstruovat i velkoplošné displeje (úhlopříčky kolem 3 m)
• Větší rozměry pixelu (až 1 mm)
• Problémy s linearitou barev (jako u vakuové obrazovky)
• Malá hloubka (6 cm při 1,5x2 m)
Snímání obrazuCCD zařízení
Dnes využívají převážně součástky s nábojovou vazbouCCD (Charge Coupled Devices):
kondenzátor MOS s malým a větším
napětím
přesouvání náboje k sousednímu kondenzátoru
akumulace náboje vlivem
osvětlení
Snímání obrazuPrincip a vlastnosti černobílé kamery
• Plošný rastr má pro každý zobrazovaný bod dva MOS kondenzátory (vedle sebe): jeden je osvětlován (fotosenzor), druhý je zakryt maskou.
• V první etapě cyklu se vytvoří náboje na fotosenzorech, ve druhé se náboje přenesou na zakryté kondenzátory, pak se svisle vyčtou do výstupního čtecího registru, odtud na výstupní svorku.
• Vysoká citlivost i na infračervené záření noční vidění, citlivé kamery (astrofot.)
Snímání obrazuBarevná kamera
• Obraz se nejprve rozloží do tří základních barev hranolem nebo barevnými filtry
• V každé barvě se samostatně sejme jako čenobílý
• Vysoký barevný kontrast
• Velmi drahé
• Levnější řešení – otáčivý barevný filtr + jedno pole detektorů
A) Bayerova maska
• Plošný rastr má pro každý pixel 4 detekční body: 1R, 1B, 2G (každý se skládá ze dvou MOS kondenzátorů vedle sebe (jako u černobílé kamery)
• Jas má vyšší kontrast než barvy, protože se sčítají vždy 4 detektory
• Menší rozlišovací schopnost (kolem 1 Mpix)
• Používá se u komerčních a poloprofesionálních kamer
B) 3CCD systém
Recommended