第七章2 摄像管.ppt

第二节 摄像管 一、作用及分类 摄像管：把可见光或不可见光（红外、紫外或X射线等）图象通过电子束扫描后转换成相应电信号，再通过显示器件成像。 作用：在电视发送端将空间分布的光学图象转换成视频信号 三、摄像管的主要特性参数 1、灵敏度：表示为获得给定质量的图像或给定的信噪比，图像所需的最小照度；或者在规定的输入照度下，摄像管的输出信号电流。 3、光电转换特性（?）和灰度 光电转换特性反映摄像管输出视频信号电压（或输出信号电流）与入射光照度之间的关系。 摄像管输出视频信号电压（或电流）与入射照度不一定是线性的，一般表示为 4、分辨率 分辨率是衡量摄像管分解图象细节的能力，以在等于光栅高度范围内能分辨的等宽黑白条纹数来表示。 有水平分辨率和垂直分辨率之分 6、暗电流和噪声 * 按电荷积累方式分类： 1、光电发射积累型 2、二次电子发射积累型 3、二次电子导电积累型 4、电子轰击感应电导积累 5、光电导积累型 按光电变换形式分类 外光电效应：光电发射型摄像管 内光电效应：视象管 分类： 工作过程 光电发射型摄像管 视象管 二、基本原理 光电阴极光电导体 光电阴极 光电导体 靶面 电子枪与 偏转系统 光图像 电信号 信号积累 光电变换 扫描输出 1）光电发射体：光电阴极 光照下光电阴极产生与光通量成正比的光电子流，既可利用光电子流进行放大处理作为信号输出；也可以利用以光电子发射而提高的光电阴极电位作输出。 入射光 光电子发射 光电阴极光电变换示意图 1、光电变换部分 2）光电导体 光照时靶的电导率升高，正电荷顺电场方向移动而积累，电位升高，升高量与光照相对应。 E 0V 10V 光电导体光电变换示意图 外光电效应 光电子发射 光电发射体 内光电效应 导体内有电流 光电导体 移走的电子数或留下的正电荷数 发射的电子数或留下的正电荷数 信号 光电转换介质 变换方式 光电阴极 云母片 信号板 收集极 输出 收集极 光电发射积累型 1）光电发射积累型（镶嵌式光电阴极） 2、电荷存储（或电荷积累） 信号板：石墨导电层 信号：光电阴极发射的电子数 或因电子发射而提高的光电阴极正电位 光电阴极 收集网 发射靶 光电子 二次电子 二次电子发射积累型 2）二次电子发射积累型 靶面形成与入射光图像对应的正电位分布 光电阴极 二次电子导电层 光电子 入射光 透明导电膜（信号板） 电子束 透明支撑膜 3）二次电子导电积累 二次电子导电层结构疏松，产生的二次电子并不打出靶外，仍在层内运动。由于信号板总是加固定正电压，二次电子不断地流入信号板，靶的自由面（左面）积累正电荷，形成电位图 优点：靶面输出信号，不用返转束 入射光 光电子 电子束 电导层 透明信号板 光电阴极 4）电子轰击感应电导积累 光电子轰击靶面，靶电导率增加，信号板加固定正电压，正电荷向靶的自由面（左面）转移，形成电位图 入射光 电子束 光电导层 信号板 5）光电导积累 光电导层：集光变换器与电荷积累器于一身 3、扫描输出信号 设ib为扫描电子束流，ir为从靶像素上反射的电流（或二次发射电流），q为电子束中和靶某一像素电位所需电荷，TR为阅读一像素所需时间。平衡时 电子束阅读靶信号，无论是上靶电子、反射电子还是从靶上打出的二次电子，都直接受靶面电位的调制。 对于每一像素而言，扫描时间为TR ，积分时间为(N-1)TR ，其中N为像素点个数 慢电子束扫描：当电子束扫描各象素时，由于电子上靶的中和作用，使靶面电位与电子枪阴极电位平衡；由于靶面各象素积累电荷不同，需要中和的电子数也不相同，这个电子数就反映了积累信号的大小 由电子枪与偏转系统完成 信号板 靶 电子束 视频信号 光子 利用信号板取出信号 利用信号板取出信号： 靶的积累面和扫描面在同侧 设因光照而产生的单元电容电压降为ΔU，则扫描时电子束需供电容器充电的电量为q=C ΔU，则输出负载上流过的信号电流 视频信号输出 电子枪扫描等效图 电子枪与信号板组成回路 双面靶 光电子 电子束 反射电子 二次电子 利用双面靶取出信号 2) 利用双面靶输出信号： 电荷积累面和扫描面在靶的两侧 ir为输出 式中Is为输出信号电流(?A)，At为靶面扫描面积(mm2)，E为靶面上的照度(lx)。 2、光谱响应特性： 主要取决于光电阴极和光电导面的光谱响应 一般表示为： 式中u为摄像管输出视频信号电压（或信号电流），Eb为入射照度；K1为常数；?1描述摄像管的光电转换特性。 对于电视系统，其光电转换特性由三部分组成 1）摄像管的光电转换特性 2）视频通道的