Преобразователи свет-сигнал

Предназначены для преобразования лучистой энергии в электрический сигнал, один из параметров которого пропорционален энергии светового потока.

В основе преобразователя свет-сигнал лежит явление фотоэффекта, то есть способности отдельных типов веществ изменять свои электрические параметры под воздействием светового излучения.

Фотоэффект может быть внешним и внутренним.

При внешнем фотоэффекте, электроны атомов вещества за счет сообщенной энергии светового излучения покидают границы вещества, образуя около него токи смещения, величина которых будет пропорциональна энергии светового излучения.

При внутреннем фотоэффекте электронам вещества сообщается такая энергия, чтобы они либо перешли на более высокий энергетический уровень, либо покинули орбиты атомов, не покидая при этом границы самого вещества.

В результате, за счет наличия свободных электронов и положительно заряженных ионов в веществе возникают токи проводимости, в результате сопротивления вещества уменьшается пропорционально сообщенной энергии светового излучения. Спустя некоторое время (не мгновенно) происходит рекомбинация, то есть свободные электроны притягиваются к положительным ионам, электроны возвращаются с более высоких энергетических уровней на низкие и сопротивление вещества возвращается к исходному значению.

При внешнем фотоэффекте, основным достоинством является низкая инерционность, но при этом уровень сигнала на выходе достаточно мал.

При внутреннем фотоэффекте, уровень выходного сигнала возрастает (сотни микроампер единицы ампер), но при этом, увеличивается инерционность.

Функционально, преобразователи свет-сигнал состоят из двух основных блоков:

- светочувствительная поверхность;

- устройство формирования развертывающего элемента.

В качестве светочувствительной поверхности используется вещество, обладающее внутренним или внешним фотоэффектом. Там выделяется отдельный участок, на котором будет проецироваться оптическое изображение. Этот участок называют фотомишенью. Для защиты фотомишени от воздействия от воздействий окружающей среды, ее закрывают слоем прозрачного стекла. Внутреннюю часть светочувствительной поверхности соединяют с устройством формирования развертывающего элемента посредством развертывающего элемента. Развертывающий элемент будет обеспечивать протекание тока через отдельные участки светочувствительной поверхности. За счет изменения электрических параметров светочувствительной поверхности, под действием светового излучения, будет изменяться значение тока, протекающего через отдельный участок светочувствительной поверхности и нагрузку преобразователя свет-сигнал. В результате, на выходе будет формироваться электрический сигнал, параметры которого будут пропорциональны энергии светового излучения, которая подавалась на преобразователь свет-сигнал.

Преобразователи свет-сигнал характеризуются по следующим признакам:

- по виду фотоэффекта:

- на внешнем

- на внутреннем

- по типу преобразователя:

- электровакуумные

- на приборах с зарядовой связью (ПЗС)

- по типу отклоняющих систем:

- с магнитной

- с электронной

- с механической

- в зависимости от спектрального распределения:

- видимого диапазона

- других диапазонов

Преобразователи свет-сигнал характеризуются следующими параметрами:

- чувствительность. Это величина, обратная минимальной освещенности светочувствительной поверхности, при которой на выходе обеспечивается номинальное отношение сигнал/шум.

- инерционность. Определяется временем, в течение которого после прекращения воздействия светового излучения уровень выходного сигнала уменьшится на 95%.

- световая характеристика. Это зависимость тока на выходе преобразователя от освещенности светочувствительной поверхности. Эта характеристика показывает диапазон освещенностей, при которых работает преобразователь свет-сигнал.

- спектральная характеристика. Это зависимость тока на выходе преобразователя от длины волны светового излучения при равно яркостном воздействии во всем диапазоне измерений.

Для более качественного преобразования, форма спектральной характеристики должна совпадать с кривой видности глаза, то есть иметь максимум в области зеленого цвета.