Каталог охранных устройств
Контакты
СТАТЬИ

Жидкокристаллические мониторы систем видеонаблюдения

 

Органические вещества, которые при наличии у них главного атрибута жидкости - текучести, обладают еще и упорядоченностью молекул и анизотропией отдельных свойств, присущих кристаллам, называются "жидкими кристаллами" (ЖК). Благодаря анизотропному строению ЖК обладают оптическими свойствами. Температурный интервал существования жидкокристаллической фазы может составлять десятки градусов. В ЖК молекулы имеют вытянутую, в большинстве случаев сигарообразную форму. Отсюда вытекает, что для получения высокого контраста мультиплексируемый ЖК - экран, с достаточно большой информационной емкостью, должен иметь чрезвычайно крутую вольт - контрастную характеристику для всех ячеек матрицы, что эквивалентно требованию строгого соблюдения расстояния между электродами и однородности их обработки. Кроме того, управляющие напряжения должны поддерживаться с высокой точностью. Особенно недостатки мультиплексирования сказываются при воспроизведении полутоновых изображений. Это обусловлено тем, что с ростом числа строк разложения уменьшается время выборки отдельных элементов, что затрудняет использование временных методов модуляции (широтно-импульсного, т.е. ШИМ, кодово-импульсного или их комбинации). Таким образом, мультиплексируемые твист-нематический ЖК - экраны пригодны для портативных персональных компьютеров и в значительно меньшей степени - для мониторов видеонаблюдения систем CCTV. Для устранения вышеназванных недостатков в ЖК - экранах охранного телевидения используется построчное управление с индивидуальной адресацией каждого элемента отображения с помощью «своего» ключа, формируемого в непосредственной близости от него и исключающего возможность приложения напряжения к неадресуемым элементам. Для изготовления высокоинформативных ЖК - экранов для телеохраны с активной адресацией на специальной подложке необходимо сформировать активную матрицу, содержащую огромное число таких ключей. Таким образом, при активной матричной адресации последовательно с каждой жидкокристаллической ячейкой включен коммутирующий элемент, заряжающий эквивалентную емкость ячейки.

В качестве коммутирующих элементов используются либо монокристаллические транзисторы, либо тонкопленочные транзисторы и структуры металл - диэлектрик - металл.

В активной транзисторной матрице ЖК - мониторов систем видеонаблюдения выводы транзисторов присоединены к полосковым взаимно перпендикулярным прозрачным электродам (столбцам и строкам) и к точечным электродам элементарных жидкокристаллических ячеек, расположенным на одной из подложек. В свою очередь, столбцы соединены с источником видеосигнала, а строки - со схемой развертки. Если экран содержит N столбцов, то выборка и хранение видеосигнала осуществляются для N точек строки. При включении строки эквивалентные емкости элементарных ячеек ЖКЭ заряжаются до соответствующих значений напряжения видеосигнала.

В конце развертки любой из строк напряжение с транзисторов снимается, что приводит к их выключению. В результате электрические заряды на эквивалентных емкостях элементарных ячеек ЖК - экрана монитора видеонаблюдения сохраняются в течение кадра до следующего периода развертки. При этом на элементарные ячейки могут подаваться видеосигналы с меняющимися в широком диапазоне действующими значениями напряжений, чем обеспечивается передача большого числа полутонов. К ключевым свойствам транзисторов предъявляются следующие два требования: сопротивление в проводящем состоянии должно быть достаточно мало, чтобы обеспечить зарядку эквивалентной емкости элементарной ячейки ЖК - экрана монитора теленаблюдения до напряжения на столбце (видеосигнала) в течение периода развертки строки, а сопротивление в непроводящем состоянии - достаточно велико, чтобы напряжения на ячейках заметно не менялись в течение интервала кадра. В принципе матрицы транзисторов могут быть сформированы на кремниевой подложке. Недостатком такой структуры является то, что из-за непрозрачности подложки нельзя реализовать твист-нематический просветный экран. Применение же здесь отражательного режима ухудшает качество черно-белого изображения и делает невозможным получение цветного. Наилучшим образом удовлетворяют требованиям воспроизведения телевизионных изображений активные матрицы с тонкопленочными полевыми транзисторами типа TFT (Thin Film Transistor), изготовленными по тонкопленочной технологии на прозрачных подложках. Технология TFT была разработана специалистами японской фирмы Toshiba. Она позволила резко улучшить показатели ЖК - экранов мониторов видеонаблюдения.

Технология TFT резко улучшила показатели ЖК - экранов мониторов видеонаблюдения (яркость, контрастность, угол зрения и др.), сделала их дешевле при значительно больших размерах. На ее основе можно изготовить ЖК - экраны для мониторов CCTV, работающие «на просвет» и воспроизводящие высококачественные цветные изображения. Каждый элемент такого ЖКЭ образован тремя тонкопленочными полевыми транзисторами и триадой управляемых ими жидкокристаллических ячеек. Каждая ячейка триады снабжена светофильтром одного из трех основных цветов: красного (R), зеленого (G) или синего (В). В целом ЖК - экраны CCTV с активной матричной адресацией, использующие матрицу тонкопленочных транзисторов, обеспечивают в четыре раза более высокое быстродействие (50 мс и менее) по сравнению с устройствами, работающими в режиме обычного мультиплексирования. От ориентации молекул зависят некоторые физические свойства ЖК - мониторов охраны, в частности, диэлектрическая проницаемость и показатель преломления. В зависимости от степени упорядоченности молекул различают три типа (мезофазы) ЖК:

  • смектические; молекулы расположены слоями, а их продольные оси параллельны друг другу;
  • нематические; молекулы параллельны друг другу, но смещены вдоль своих продольных осей на произвольные расстояния. Послойная структура отсутствует;
  • холестерические; повторяют структуру нематических кристаллов, но направление директора изменяется по спирали. Образуется винтовая структура ЖК.

Главным свойством ЖК, благодаря которому возможно создание на их основе устройств отображения информации для охранного телевидения, является способность переориентироваться во внешнем электрическом поле и менять поляризацию и фазу проходящего света.

В устройствах воспроизведения изображений для охранного теленаблюдения наибольшее применение получили ЖК нематического типа, у которых нитеобразно вытянутые органические молекулы стремятся ориентироваться таким образом, чтобы их главные оси были параллельны друг другу.

Основными электрическими эффектами в подобных ЖК являются: динамическое рассеяние света и управляемое вращение плоскости поляризации в закрученной структуре или «твист-эффект». Для наблюдения электростатических эффектов используются специальные ячейки типа сэндвич, которые в наиболее простом виде состоят из двух параллельных стеклянных пластин толщиной 1 мм, называемых подложками, между которыми помещен тонкий слой ЖК нематического типа толщиной до нескольких десятков микрометров. Чаще всего толщина пленки ЖК устанавливается в пределах 6...25 мкм. Прозрачные для света, тонкие проводящие покрытия или штриховые линии, изготовленные из оксида индия и олова и нанесенные на внутреннюю поверхность стеклянных пластин, на которые подается постоянное напряжение, создают внутри ячейки однородное электрическое поле. С внутренней стороны стеклянные пластинки и прозрачные электроды дополнительно покрыты отполированной полимерной пленкой с нанесенными продольными микроканавками на поверхностях, соприкасающихся с ЖК. Микроканавки расположены таким образом, что они параллельны на каждой подложке, но перпендикулярны между двумя подложками. В результате чего молекулы ЖК вблизи подложек выстраиваются вдоль микроканавок. Таким образом, проявляется ориентирующее действие подложек. В воспроизводящих устройствах систем охранного видеонаблюдения, использующих динамическое рассеяние света в ЖК, в отсутствие электрического поля ЖК прозрачен, т.е. полностью пропускает падающий на него свет, почти не рассеивая его. В том случае, когда к обкладкам приложено постоянное или низкочастотное (несколько десятков герц) напряжение, в ЖК появляется оптоэлектрический эффект динамического рассеяния, при котором молекулы стремятся ориентироваться своим дипольным моментом по полю. В таком состоянии ЖК становится турбулентным и непрозрачным (диффузно-рассеивающим), приобретая молочно-белую окраску. Для осуществления оптоэлектрического эффекта динамического рассеяния напряженность электрического поля в ЖК должна составлять около 5000 В/см. Например, для ячейки с толщиной пленки ЖК 12 мкм необходимо прикладывать напряжение величиной 6...50 В.

Быстродействие ячеек зависит от химического состава ЖК, например, от наличия добавок, понижающих вязкость.

Добавки, понижающие вязкость ЖК (холестерическая добавка в ЖК нематического типа) уменьшает время срабатывания, температуры, амплитуды и частоты управляющего напряжения в мониторах видеонаблюдения. Другая особенность нематических ЖК заключается в ориентации их молекул параллельно микроканавкам на поверхности проводящего покрытия, нанесенного на стеклянную пластинку. Если стеклянные пластины жидкокристаллической ячейки повернуть относительно друг друга на 90°, то в толще ЖК ориентация его молекул постепенно меняется от одной пластины к другой. Направление поляризации света при прохождении его через такое устройство также изменяется винтообразной структурой молекул ЖК на 90°. При наложении электрического поля молекулы ЖК раскручиваются («твист-эффект») и ориентируются в направлении его вектора напряженности. Конструкция воспроизводящей ячейки экрана монитора теленаблюдения при использовании «твист - эффекта» в нематическом ЖК, отличается от ранее рассмотренной, наличием двух дополнительных пленок-поляризаторов, расположенных с наружной стороны стеклянных пластин. Молекулы ЖК обладают дипольным моментом. В результате взаимодействия электрических полей диполей образуется спиралевидная структура из молекул жидкокристаллического вещества. Слои ориентирующих покрытий, на верхней и нижней подложках, совместно с дипольной структурой ЖК (в отсутствие электрического поля), обеспечивают поворот плоскости поляризации светового потока на 90°. Как известно, световой поток сначала проходит через верхний поляризационный фильтр (поляризатор). При этом половина светового потока, не имеющая азимутальной поляризации, теряется. У остальной части уже поляризованного света, проходящего через слой жидкокристаллического материала монитора видеонаблюдения, плоскость поляризации поворачивается на 90°. В результате ориентация плоскости поляризации светового потока будет совпадать с плоскостью поляризации нижнего фильтра (анализатора) и поток будет проходить через него практически без потерь. Если ЖК поместить в электрическое поле, подав на электроды адресации напряжение, спиралевидная молекулярная структура в нем разрушается. Проходящий через жидкокристаллический материал световой поток уже не изменяет плоскость поляризации и почти полностью поглощается нижним поляризационным фильтром.

Пороговое напряжение, при котором начинает уменьшаться светопропускание жидкокристаллического слоя экрана монитора охранного теленаблюдения, составляет примерно 1,8 В. Следовательно, ЖК имеет два оптических состояния: прозрачное и непрозрачное. Отношение коэффициентов пропускания в обоих состояниях определяет контрастность изображения. При параллельных осях поляризации пленок-поляризаторов наблюдается обратный эффект. Таким образом, жидкокристаллическая ячейка фактически является светофильтром с электрическим управлением (электронно-оптическим модулятором) и нуждается во внешней подсветке.

В целом воспроизводящие устройства систем охранного видеонаблюдения на ЖК, использующие «твист-эффект», обеспечивают более высокое качество получаемых изображений по сравнению с ячейками, работающими на основе эффекта динамического рассеяния света. Поэтому жидкокристаллические воспроизводящие устройства CCTV, использующие «твист-эффект», получили наибольшее применение в телевизионных системах охраны.

Дальнейшее повышение качества воспроизводимых изображений,  например - увеличение их контраста, удалось реализовать с синтезированием в 1983 г. супертвистнематических ЖК (STN - Super Twisted Nematic) молекулы которых способны поворачиваться на 270° что обусловливает более резкий изгиб на графике электрооптической характеристики по сравнению с нематическими ЖК. Жидкокристаллические ячейки, использующие TN (Twisted Nematic) или STN материалы относятся к пассивному типу устройств, которые лишь модулируют внешний световой поток под действием электрического поля. Отражатель, входящий в состав просветного ЖК экрана монитора CCTV, представляет собой акриловую пластинку с микропризматическими бороздками, обеспечивающими отражение света непосредственно на жидкокристаллическую панель (матрицу) без дополнительного рассеяния. Иногда для обеспечения более равномерного освещения жидкокристаллической панели монитора видеонаблюдения выходным излучением ламп подсветки непосредственно перед панелью устанавливается рассеиватель, выполненный из специальной пластмассовой пленки. В исходном состоянии (без подачи управляющих напряжений) ЖКЭ не пропускает свет от люминесцентных ламп.

Без подачи управляющих напряжений ЖК - экран монитора видеоохраны не пропускает свет от люминесцентных ламп, так как слой ЖК поворачивает плоскость поляризации линейно-поляризованного света на 90°, он задерживается анализатором.

При подаче управляющего напряжения на элементарный участок слоя ЖК устраняется вращение плоскости поляризации света, и он не задерживается анализатором. Это приводит к появлению на выходной плоскости ЖК - экрана монитора оператора охраны локально окрашенной элементарной точки, цвет которой определяется неуправляемым оптическим фильтром, находящимся напротив данного элементарного участка ЖК.

Модуль жидкокристаллического экрана состоит непосредственно из ЖК - экрана со схемой управления. Для матричных ЖК - экранов на плате модуля могут находиться только драйверы строк и столбцов, а также схема формирователей напряжений для драйверов. Контроллер и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), как правило, устанавливаются вне платы модуля.

Формирование изображения охраняемого объекта (регенерация отдельных кадров на основе данных ОЗУ) и управление разверткой для ЖК - экрана матричного типа производится внешним контроллером.

ЖК - экран имеет на подложках (на одной или на обеих) выводы управления строками и столбцами, представленные пленочными контактами. Контакты соединяют выводы ЖК - экрана монитора CTV со схемой управления. Они могут быть выполнены в виде металлических гребенок - клипс, которые, с одной стороны, надеваются на стекло подложки ЖК - экрана и с помощью проводящей, пасты (клея) контактируют с пленочными выводами, а с другой, могут распаиваться на печатную плату монитора теленаблюдения. Таким образом, ЖК - экран устанавливается на печатной плате как обычный компонент. В большеформатных ЖК - экранах контакты изготавливаются на основе гибких шлейфов.

Схема преобразователя напряжений обеспечивает для драйверов строк и столбцов формирование специальных уровней напряжений. Уровни напряжений определяются числом мультиплексированных строк и типом жидкокристаллического материала.

В телевизионных жидкокристаллических экранах мониторов видеонаблюдения изображение охраняемого объекта формируется из огромного числа (около 400 ООО) элементов отображения (пикселей), равномерно распределенных по площади экрана и адресуемых индивидуально. Каждый пиксель представляет собой элементарную жидкокристаллическую ячейку. Для обеспечения управления оптическим состоянием ячеек - пикселей, образующих экран монитора видеонаблюдения CCTV, требуется сформировать такие напряжения на электродах адресации, чтобы состояние каждого пикселя изменялось без нарушения состояния других. Поскольку для подачи управляющего напряжения формирование отдельного контакта к каждому пикселю исключено, используется матричный принцип организации ЖК - экрана, позволяющий осуществлять адресацию матрицы пикселей с помощью контактных шин. Практически это реализуется следующим образом.

На внутренние поверхности двух высокоплоскостных стеклянных пластин, между которыми находится слой ЖК толщиной менее 10 мкм, наносят полосковые взаимно перпендикулярные прозрачные электроды; в местах их пересечения образуются элементарные жидкокристаллические ячейки, оптические свойства которых определяются напряжением, приложенным к электродам соответствующих строк и столбцов. Если пиксель характеризуется пороговой реакцией на управляющее напряжение, то при определенных амплитуде и полярности импульсных напряжений, подаваемых на соответствующие электроды строк и столбцов, возможно независимое управление («включение-выключение») каждым пикселем матрицы без существенного изменения состояния остальных элементов. Такой режим с использованием импульсных управляющих напряжений с временным разделением называется мультиплексированием

В процессе адресации (развертки) ЖК - экрана монитора видеонаблюдения CCTV должно быть выполнено следующее функциональное преобразование - матрица закодированных двоичным кодом элементов изображения (битовая карта) преобразуется в матрицу потенциалов, приложенных к узлам пересечения строк и столбцов. Каждый узел пересечения (жидкокристаллическая ячейка) представляет один элемент изображения - пиксель. Потенциал для каждого пикселя должен быть в идеале прямо пропорционален своему образу в оперативной памяти (битовой карте).

 Источник: портал о видеонаблюдении panasonicvideo.ru


Принципы обнаружения пожара
Жидкокристаллические мониторы систем видеонаблюдения
Антенны мобильных комплексов CCTV
Охрана периметра. Датчики положения
Охрана периметра. Радиолучевые двухпозиционные средства обнаружения
Охрана периметра. Радиолучевые однопозиционные средства обнаружения
Охрана периметра. Сейсмические средства обнаружения
Охрана периметра. Пассивные инфракрасные облучатели
Комбинированные извещатели (СВЧ+ИК)
Алгоритмы сжатия
Передача по оптоволокну
Кодеки, кодеры, декодеры
Мультиплексирование и демультиплексирование в сетях CCTV
Помехоустойчивость видеонаблюдения
Охрана периметра. Инфракрасные активные двухпозиционные камеры
Вариообъективы
Объективы
Мегапиксельные объективы
Вариообъективы "день/ночь"
Охрана периметра
Антивандальные видеокамеры
Web – видеокамеры
Сетевые видеокамеры
Скоростные купольные видеокамеры
Охрана периметра. Мобильные беспроводные комплексы
Видеокамеры
Миниатюрные видеокамеры
Черно-белые видеокамеры
Цветные видеокамеры
Тепловизионные видеокамеры

Страницы: 1 2 3 4

Все документы предоставлены для ознакомления!
Перепечатка материалов сайта возможна только с письменного разрешения администрации сайта!

Тел./Факс:
Рейтинг@Mail.ru  Яндекс цитирования 
Продвижение сайта - Synergy Alliance