讲义62 摄像管

1、 第二节第二节 摄像管摄像管 97-102页页 作业练习题作业练习题1.摄像管的基本组成摄像管的基本组成有哪几部分？有哪几部分？2.摄像管按结构摄像管按结构可可分分为哪两类？为哪两类？3.视视像管像管依据依据不同的靶面材料不同的靶面材料常常分为分为哪几哪几种类型种类型？4.硅靶摄像管硅靶摄像管有何特点？有何特点？5. 氧化铅靶摄像管氧化铅靶摄像管有何特点？有何特点？6. 碲碲化化锌镉锌镉靶摄像管靶摄像管三层结构各有何作用？三层结构各有何作用？ 1. 摄像管的基本组成摄像管的基本组成有哪几部分？有哪几部分？光电转换光电转换部分部分光电转换元件光电转换元件（光电发射体光电发射体和和光电导体光电导体

2、）电荷电荷存储存储部分部分存储元件存储元件：靶：靶信号读取部分信号读取部分摄像管的电子枪摄像管的电子枪 共三部分三部分组成。组成。 3.视视像管像管依据依据不同的靶面材料不同的靶面材料常常分为分为哪几哪几种类型种类型？可分为：可分为：硅靶硅靶；氧化铅氧化铅；碲碲化化锌镉锌镉靶靶三种。三种。 2.摄像管按结构摄像管按结构可可分分为哪两类：为哪两类：常把有移像区的摄像管称为常把有移像区的摄像管称为光电发射式摄像管光电发射式摄像管,把没有移像区的摄像管称为把没有移像区的摄像管称为光电导式摄像管或视像管光电导式摄像管或视像管, 4. 硅靶摄像管硅靶摄像管有何特点？有何特点？由由分立的分立的P-N结硅光

3、敏二极管阵列结硅光敏二极管阵列组成组成。光谱响应宽光谱响应宽的特的特点点 分辨力和暗电流特性较差分辨力和暗电流特性较差5 氧化铅靶摄像管氧化铅靶摄像管的特点：的特点： 灵敏度灵敏度较较高高； 暗电流低暗电流低； 惰性小惰性小；光电转换特性光电转换特性好好6 碲碲化化锌镉锌镉靶摄像管靶摄像管三层结构各有何作用？三层结构各有何作用？ 第一层第一层 ZnSe 能能增强对短波光的吸收增强对短波光的吸收, 可可提高灵敏度提高灵敏度； 第二层第二层 发生光电效应发生光电效应； 第三层第三层 可可减小暗电流和惰性减小暗电流和惰性摄像管摄像管主要内容：主要内容： (一一)摄像管的基本原理和分类摄像管的基本原理

4、和分类 (二二)光电导摄像管光电导摄像管(视像管视像管)（三）（三）硅靶摄像管硅靶摄像管(四四) 氧化铅靶摄像管氧化铅靶摄像管( 五五) 碲碲化化锌镉锌镉靶摄像管靶摄像管摄像管摄像管电视系统的核心部件电视系统的核心部件 在半个多世纪的电视技术发展工程在半个多世纪的电视技术发展工程中中，遇到的主要问题是遇到的主要问题是图像的拍摄图像的拍摄、图像图像的传送的传送、灵敏度的提高灵敏度的提高以及以及像质的改善像质的改善等等，都都与与摄像管摄像管密切相关。密切相关。 不同类型的摄像管不同类型的摄像管虽然虽然工作方式不同工作方式不同, ,但摄像的但摄像的基本原理基本原理是一致的。是一致的。 (一一)摄像管

5、的基本原理和分类摄像管的基本原理和分类 摄像摄像管的管的功能：功能：是是将三维空间分布的光学将三维空间分布的光学图像转换为随时间变化的一维电信号图像转换为随时间变化的一维电信号。具体的摄像过程可以分为如下三个步骤具体的摄像过程可以分为如下三个步骤:1) 由光学图像产生电子图像由光学图像产生电子图像光电转换光电转换：摄像管的光敏元件接收输摄像管的光敏元件接收输 入入光学光学图像的照度图像的照度转变转变为电子图像为电子图像光敏光敏元件：元件：将三维空间分布的光强转将三维空间分布的光强转 变为三维空间分布的电量变为三维空间分布的电量的元件的元件1.1.摄像过程摄像过程的的三步骤三步骤: :2)电荷电

6、荷图像的积累图像的积累存储元件存储元件：能够存储光敏元件产生的电能够存储光敏元件产生的电荷，并保持电荷空间分布状态的元件。荷，并保持电荷空间分布状态的元件。存储元件的功能：存储元件的功能： 在一帧的周期内连续积累在一帧的周期内连续积累由光敏元件产生的电量由光敏元件产生的电量, 并保持并保持电荷电荷分布分布的的空间空间稳定性稳定性, 又又称之称之为为靶靶。3)电子束扫描产生视频信号电子束扫描产生视频信号 摄像管的电子枪摄像管的电子枪 作用作用：产生空间二维扫描的电子束产生空间二维扫描的电子束；一帧周期：一帧周期：在一帧周期内完成靶面的扫描在一帧周期内完成靶面的扫描；工作工作方式：方式：电子束将靶

7、面与负载回路接通电子束将靶面与负载回路接通；输出方式：输出方式：通过负载电阻通过负载电阻输出输出视频信号视频信号。 2. 摄像管的基本组成摄像管的基本组成 主要由主要由光电转换光电转换部分部分与与电荷电荷存储部分存储部分和和信号读取部分信号读取部分组成。组成。 (1) 光电变换与电荷积累部分光电变换与电荷积累部分常用的光电转换元件有常用的光电转换元件有光电发射体光电发射体和和光光电导体电导体。a. 光电发射体光电发射体 用于像管中的用于像管中的光电阴极光电阴极都可用作摄像管中都可用作摄像管中的的光电发射体光电发射体。光电阴极在光照下产生与光通。光电阴极在光照下产生与光通量成正比的光电子流量成正

8、比的光电子流。b. 光电导体光电导体 光电导体是目前摄像管中应用最为光电导体是目前摄像管中应用最为广泛的光电变换材料。广泛的光电变换材料。 它的它的光敏面和靶面合二为一光敏面和靶面合二为一称之为称之为靶靶, 其既有光电变换的功能其既有光电变换的功能, 又具有存储又具有存储和积累电荷的作用和积累电荷的作用。光电导摄像管又称为光电导摄像管又称为视像管视像管。 (2). (2). 信号读取部分信号读取部分扫描电子枪扫描电子枪：摄像管的信号读取部分摄像管的信号读取部分；组成：组成：电子束发射源电子束发射源电子束的聚焦系统电子束的聚焦系统电子束的偏转系统电子束的偏转系统三部分构成三部分构成。 3.3.摄

9、像管按结构分摄像管按结构分类：类：光电发射式摄像管光电发射式摄像管和和光电导式摄像管光电导式摄像管光电发射式摄像管光电发射式摄像管： 是是有移像区的摄像管有移像区的摄像管光电导式摄像管光电导式摄像管： 是是没有移像区的摄像管没有移像区的摄像管，或或称称视像管视像管 摄像管摄像管示意图示意图两类管子相互比较两类管子相互比较 光电发射式摄像管的历史最早光电发射式摄像管的历史最早, , 信号信号质量最高质量最高, , 体积大、结构复杂、调整麻烦体积大、结构复杂、调整麻烦, , 所以目前除特殊场合所以目前除特殊场合( (微光摄像领域微光摄像领域) )外一外一般用得较少般用得较少。(二二)视视像管像管

10、视视像管像管是目前整个摄像管领域中应用是目前整个摄像管领域中应用最广的一种。最广的一种。 在视像管中在视像管中, 光电导靶面既是光电变换光电导靶面既是光电变换器器, 又是电信号的存储与积累器又是电信号的存储与积累器, 以下重点以下重点介绍视像管介绍视像管。1. 视像管的视像管的组成组成 视像管视像管由由光电靶光电靶和和电子枪电子枪两部分两部分组成；组成； 光电靶光电靶：组成：组成：由由光窗光窗、信号电极信号电极和和靶靶组成组成；特性：特性： 靶面的光敏层可进行光电转换靶面的光敏层可进行光电转换 它的轴向电阻很小它的轴向电阻很小 而横向电阻很大而横向电阻很大 有利于有利于图像转换图像转换和和实现

11、信号的积分存储实现信号的积分存储。2. 视视像管像管的分类：的分类： 根据根据采用不同的靶面材料采用不同的靶面材料可可分为分为： 硅靶硅靶 氧化铅氧化铅靶靶 碲碲化化锌镉锌镉靶靶 摄像管等。摄像管等。 (三三)、硅靶摄像管硅靶摄像管 硅靶摄像管硅靶摄像管也叫也叫硅二极管阵列光电导硅二极管阵列光电导靶靶 硅材料具有良好的光电导效应硅材料具有良好的光电导效应, 并且并且容易制成容易制成P型和型和N型。型。 但电阻率低但电阻率低, 电荷在横向的扩散将严重电荷在横向的扩散将严重损失分辨力。损失分辨力。 1. 硅靶摄像管硅靶摄像管的特点的特点(1) 由由分立的分立的P-N结硅光敏二极管阵列结硅光敏二极管

12、阵列组成组成。(2)具有灵敏度高、光谱响应宽具有灵敏度高、光谱响应宽的的优点优点(3) 分辨力和暗电流特性较差分辨力和暗电流特性较差这种摄像管的国际知名品牌是这种摄像管的国际知名品牌是 Telecom2. 硅靶摄像管的结构硅靶摄像管的结构与制作与制作(1)玻璃面板玻璃面板;(2)信号板信号板(3) N型硅型硅(4). SiO2 利用光刻技术在利用光刻技术在SiO2上光上光刻成几十万个小孔刻成几十万个小孔, 通过掺杂通过掺杂使每个小孔都变成使每个小孔都变成 P-Si, (5). P型硅型硅 许多个小的许多个小的 P-Si 被被SiO2隔离隔离, 称为称为P型岛型岛。每个。每个 P 型岛与型岛与

13、N 型衬底之间即形成一个型衬底之间即形成一个 P-N结结(光敏二极管光敏二极管), 即成为即成为硅靶硅靶。 2. 硅靶摄像管的结构硅靶摄像管的结构与制作与制作 3. 硅靶的光电变换过程硅靶的光电变换过程 (1) 电子束扫描形成闭合回路电子束扫描形成闭合回路 电子束扫描电子束扫描到每个到每个P型岛时型岛时, P-N 结被反向偏结被反向偏置置, 结电容被充结电容被充电到靶的电源电电到靶的电源电压压 UT。 (2) 无光照的情况无光照的情况：无无光照时光照时输出为高电位。输出为高电位。 (3)有有均匀均匀光照光照时：时： 靶的扫描面电位均匀地靶的扫描面电位均匀地升高升高，输出信号均匀，都为，输出信号

14、均匀，都为低低电平。电平。 (4)有有不均匀光照不均匀光照时：时： 扫描面上各扫描面上各P P型岛的电型岛的电势分布势分布是一幅是一幅电荷电荷图像图像, 输出则为输出则为正比于入射光正比于入射光图像的图像的信号信息。信号信息。(四四) 氧化铅靶摄像管氧化铅靶摄像管 (1) PbO 靶摄像管的结构和工作过程靶摄像管的结构和工作过程： 与硅靶管类似。与硅靶管类似。 其国际上的著名品牌是其国际上的著名品牌是Plumbicon. PbO 管是目前广播电视和彩色电视管是目前广播电视和彩色电视中用得较多的一种摄像管中用得较多的一种摄像管 它的结构呈它的结构呈N-I-P 型型半导体结构分布半导体结构分布 窗

15、口玻璃内壁是一层透明的窗口玻璃内壁是一层透明的 SnO2导电膜作导电膜作为靶的输出信号电极为靶的输出信号电极, （2） PbO 靶摄像管靶摄像管的结构特点的结构特点 当用电子束扫描靶面时当用电子束扫描靶面时, 相当于对相当于对 PIN 进行进行反偏置。反偏置。靶电源电压约靶电源电压约45V左右左右。工作时工作时, , 信号电极板通过负载和靶电源的正极相接信号电极板通过负载和靶电源的正极相接。 它的轴向电阻较小它的轴向电阻较小, 横向电阻很大横向电阻很大 扫描面上的电势起伏可保持较长时间不变扫描面上的电势起伏可保持较长时间不变。 (3) PbO靶的光信息靶的光信息存储功能存储功能(4) PbO

16、靶摄像管靶摄像管的性能特点的性能特点： 灵敏度灵敏度较较高高: 可达可达400 A/lm. 暗电流低暗电流低:饱和暗电流低于饱和暗电流低于12 nA. 而且靶压而且靶压增高时增高时, 暗电流有饱和现象。暗电流有饱和现象。 光电特性光电特性和频率特性和频率特性好好：惰性小惰性小，线性线性范围宽范围宽 能承受高的反向偏压能承受高的反向偏压:光生载流子复合的光生载流子复合的几率小几率小，几乎全部构成信号电流几乎全部构成信号电流. ( 五五) 碲碲化化锌镉锌镉靶摄像管靶摄像管 碲碲化化锌镉锌镉是一种优异的光电导材料是一种优异的光电导材料 碲碲化化锌镉锌镉靶摄像管的灵敏度很高靶摄像管的灵敏度很高, 可在

17、星光可在星光下获得可用的图像下获得可用的图像, 多用于微光电视。多用于微光电视。(1) 碲碲化化锌镉锌镉整管的结构整管的结构和工作过程和工作过程与硅靶管类似与硅靶管类似, 只是靶材料不同只是靶材料不同它在国际上的商品名称是它在国际上的商品名称是 Newvicon. 窗口玻璃内壁涂有一层窗口玻璃内壁涂有一层 SnO2薄膜薄膜为信号电极板为信号电极板, 接着就是靶。接着就是靶。靶有三层结构靶有三层结构， 一层与二层之间形成异质结。一层与二层之间形成异质结。 二层与三层之间不形成结。二层与三层之间不形成结。 (2) 碲碲化化锌镉锌镉管管结构特点结构特点碲碲化化锌镉锌镉ZnxCd1-xTe. 碲碲化化锌镉锌镉靶摄像管靶摄像管三层结构的作用三层结构的作用 第一层第一层 ZnSe 无光电效应无光电效应, 能能增强对短波光的吸增强对短波光的吸收收, 提高提高检测检测灵敏度灵敏度, 具有具有减小