Download - ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )
![Page 1: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/1.jpg)
ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY
6. Optoelektronické součástky II (Zobrazovače a snímače obrazu )
Prof. Ing. Pavel Bezoušek, CSc
![Page 2: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/4.jpg)
Viditelné světlo Citlivost lidského oka
400 500 600 700
20
40
60
80
100
nm
B G
555
R
![Page 5: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/7.jpg)
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
![Page 8: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/8.jpg)
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:
![Page 9: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/16.jpg)
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)
![Page 17: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/17.jpg)
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
![Page 18: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/18.jpg)
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)
![Page 19: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/20.jpg)
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.)
![Page 21: ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 6 . Optoelektronick é sou čá stk y II (Zobrazovače a snímače obrazu )](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070401/56813767550346895d9efa68/html5/thumbnails/21.jpg)
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