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光电转换原理

光与电的相互转换是电视图像摄取和重现的基础。电视系统中，光电转换过

程是由发送端的摄像机中的摄象器件来完成，电光转换是由接收端的电视机中的

显象器件来完成。摄像器件是将光学图像变换成电信号的器件，常见的摄像器件

有CCD摄像器件和摄像管摄像器件。显像器件是将电信号还原成光学图像的器

件。常见的显像器件有液晶显示器件和显像管。

摄像管

摄像管是电视系统中实现光电转换的关键部件，它的性能好坏及使用是否正

确，决定着摄像机的质量和工作寿命。

摄像管大致分为两大类：

外光电效应摄像管：其靶面受光照射时，所激发的光电子逸出靶面，从而使

靶面产生与光强成正比的电位起伏；内光电效应摄像管：被光激发的光电子并不

逸出靶面，而留在靶面内部参与导电，使靶面材料的电导率发生变化，这类材料

称为光电导材料。根据靶面光电导材料不同，可分为硫化锑摄像管，氧化铅摄像

管，硒砷碲摄像管，硒化镉摄像管和硅靶摄像管。

光电导摄像管主要由产生细电子束的电子枪和光电导材料构成的靶面组成，

在管外装有聚焦、偏转和校正系统。

电子枪

电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极和网电极组成。顶部涂有

氧化物的阴极加热至2000K时，便发射大量电子，在阴极附近形成电子云；在控

制栅极上加上相对阴极为负的电位，在加速极上加正电位，则在三个电极间形成

特殊电位分布。阴极发射的电子在这样的电场中受到向轴线会聚的力，并在加速

极与控制栅之间形成一个会聚点。

为了使电子束能在靶面再次聚成一点，须对电子束进行二次聚焦。聚焦方式

有：静电场聚焦方式，即在加速极后再加两个聚焦电极，在上面分别加适当的正

电压，使其产生聚焦电位分布，使发散的电子束第二次聚焦在靶面上。这种聚焦

方式体积小、重量轻和省电的优点。磁聚焦方式，只需一个聚焦电极，以改变电

子在聚焦极空腔中运动的速度，起辅助聚焦的作用。磁聚焦的摄像管聚焦质量较

好。

网电极是离靶很近的细金属网，电子穿过网到达靶面。靶压比网电极电压低，

在靶与网之间有均匀减速电场，使电子束以接近零速度垂直上靶，这种情况称为

慢电子扫描。由于速度接近零的电子束对靶面的轰击作用很小，只有中和由光电

效应产生的正电位的作用。

靶面

玻璃面板内侧蒸镀一层导电的透明金属层，它称为信号板，信号板右侧蒸镀

一层光电导材料，组成光电靶面。靶面的作用，是将被传送的光图像变成相应的

电荷图形。景物通过镜头聚焦成像在光电导层上，光电导层上每一点的纵向电阻

随着光像的亮度变化，亮度高处电阻小，亮度低处电阻大。

硫化锑靶面；氧化铅靶面；硒砷碲靶面；硒化镉靶面；硅靶面。

光电导摄像管工作原理

由Sb2S3光电导层形成的靶面，在极细电子束的扫描下把靶面分成数十万个

像素，每一个像素都可以由一个光敏电阻和一个电容等效。靶面上的直流电压是

通过负载电阻RL加到靶环上。从电子枪发射出的电子束，在管外偏转线圈作用

下，在光电导层右侧表面从左到右、从上到下地一行行进行扫描。电子束扫描等

效为开关S，对靶上一点，电子束扫到该点(单元像素)时，即S合上；离开时，

S断开。

在电子束扫过某一点瞬间，电容被充电。当电子束离开后，电容通过电阻放

电，放电速度由电阻的大小决定。在两次扫描间隔内，由于电容C放电，使电容

右端积累了正电荷，使电位上升。

电位上升的大小与Rc有关，靶面上为亮点，电阻小，放电快，电位上升量

大；反之靶面上为暗点，电阻大，电位上升量小。

在一帧的扫描间隔内，靶面的右侧就形成了一幅与光像的亮暗分布相对应的

电位高低变化的电子图像，即“光像”变成“电像”。经过一帧时间，靶面该像

素再次被电子束扫描，右端的电荷泄放掉。该点的“电像”就变为通过负载电阻

RL上的电流，经过一帧扫描，这幅电子图像就转变成随时间变化的电视图像信

号。电子束反复不断地在光电导层上扫描，摄像管的信号板上不断地流出信号电

流，在外电路上形成信号电压。图像白色部分信号电平高，黑色部分信号电平低，

信号电平与图像上的亮度成比例。

CCD光电转换原理

固体摄像器件

固体摄像器件是一种大规模集成电路，是把几十万个光—电转换单元以及相

关的信号顺序输出电路在约10mm大小的硅片上集成而成。大致可分为CCD型摄

像器件、MOS型摄像器件及由前两者复合的CPD型摄像器件。各种类型都是把入

射光转换成电荷包，并分别存储在不同类型的光敏元件中。电荷是经过一段积分

时间被收集的