講義62 攝像管

1、 第二節(jié)第二節(jié) 攝像管攝像管 97-102頁頁 作業(yè)練習(xí)題作業(yè)練習(xí)題1.攝像管的基本組成攝像管的基本組成有哪幾部分？有哪幾部分？2.攝像管按結(jié)構(gòu)攝像管按結(jié)構(gòu)可可分分為哪兩類？為哪兩類？3.視視像管像管依據(jù)依據(jù)不同的靶面材料不同的靶面材料常常分為分為哪幾哪幾種類型種類型？4.硅靶攝像管硅靶攝像管有何特點？有何特點？5. 氧化鉛靶攝像管氧化鉛靶攝像管有何特點？有何特點？6. 碲碲化化鋅鎘鋅鎘靶攝像管靶攝像管三層結(jié)構(gòu)各有何作用？三層結(jié)構(gòu)各有何作用？ 1. 攝像管的基本組成攝像管的基本組成有哪幾部分？有哪幾部分？光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換部分部分光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換元件（光電發(fā)射體光電發(fā)射體和和光電導(dǎo)體光電導(dǎo)體

2、）電荷電荷存儲存儲部分部分存儲元件存儲元件：靶：靶信號讀取部分信號讀取部分攝像管的電子槍攝像管的電子槍 共三部分三部分組成。組成。 3.視視像管像管依據(jù)依據(jù)不同的靶面材料不同的靶面材料常常分為分為哪幾哪幾種類型種類型？可分為：可分為：硅靶硅靶；氧化鉛氧化鉛；碲碲化化鋅鎘鋅鎘靶靶三種。三種。 2.攝像管按結(jié)構(gòu)攝像管按結(jié)構(gòu)可可分分為哪兩類：為哪兩類：常把有移像區(qū)的攝像管稱為常把有移像區(qū)的攝像管稱為光電發(fā)射式攝像管光電發(fā)射式攝像管,把沒有移像區(qū)的攝像管稱為把沒有移像區(qū)的攝像管稱為光電導(dǎo)式攝像管或視像管光電導(dǎo)式攝像管或視像管, 4. 硅靶攝像管硅靶攝像管有何特點？有何特點？由由分立的分立的P-N結(jié)硅光

3、敏二極管陣列結(jié)硅光敏二極管陣列組成組成。光譜響應(yīng)寬光譜響應(yīng)寬的特的特點點 分辨力和暗電流特性較差分辨力和暗電流特性較差5 氧化鉛靶攝像管氧化鉛靶攝像管的特點：的特點： 靈敏度靈敏度較較高高； 暗電流低暗電流低； 惰性小惰性?。还怆娹D(zhuǎn)換特性光電轉(zhuǎn)換特性好好6 碲碲化化鋅鎘鋅鎘靶攝像管靶攝像管三層結(jié)構(gòu)各有何作用？三層結(jié)構(gòu)各有何作用？ 第一層第一層 ZnSe 能能增強對短波光的吸收增強對短波光的吸收, 可可提高靈敏度提高靈敏度； 第二層第二層 發(fā)生光電效應(yīng)發(fā)生光電效應(yīng)； 第三層第三層 可可減小暗電流和惰性減小暗電流和惰性攝像管攝像管主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： (一一)攝像管的基本原理和分類攝像管的基本原理

4、和分類 (二二)光電導(dǎo)攝像管光電導(dǎo)攝像管(視像管視像管)（三）（三）硅靶攝像管硅靶攝像管(四四) 氧化鉛靶攝像管氧化鉛靶攝像管( 五五) 碲碲化化鋅鎘鋅鎘靶攝像管靶攝像管攝像管攝像管電視系統(tǒng)的核心部件電視系統(tǒng)的核心部件 在半個多世紀(jì)的電視技術(shù)發(fā)展工程在半個多世紀(jì)的電視技術(shù)發(fā)展工程中中，遇到的主要問題是遇到的主要問題是圖像的拍攝圖像的拍攝、圖像圖像的傳送的傳送、靈敏度的提高靈敏度的提高以及以及像質(zhì)的改善像質(zhì)的改善等等，都都與與攝像管攝像管密切相關(guān)。密切相關(guān)。 不同類型的攝像管不同類型的攝像管雖然雖然工作方式不同工作方式不同, ,但攝像的但攝像的基本原理基本原理是一致的。是一致的。 (一一)攝像管

5、的基本原理和分類攝像管的基本原理和分類 攝像攝像管的管的功能：功能：是是將三維空間分布的光學(xué)將三維空間分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為隨時間變化的一維電信號圖像轉(zhuǎn)換為隨時間變化的一維電信號。具體的攝像過程可以分為如下三個步驟具體的攝像過程可以分為如下三個步驟:1) 由光學(xué)圖像產(chǎn)生電子圖像由光學(xué)圖像產(chǎn)生電子圖像光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換：攝像管的光敏元件接收輸攝像管的光敏元件接收輸 入入光學(xué)光學(xué)圖像的照度圖像的照度轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訄D像為電子圖像光敏光敏元件：元件：將三維空間分布的光強轉(zhuǎn)將三維空間分布的光強轉(zhuǎn) 變?yōu)槿S空間分布的電量變?yōu)槿S空間分布的電量的元件的元件1.1.攝像過程攝像過程的的三步驟三步驟: :2)電荷電

6、荷圖像的積累圖像的積累存儲元件存儲元件：能夠存儲光敏元件產(chǎn)生的電能夠存儲光敏元件產(chǎn)生的電荷，并保持電荷空間分布狀態(tài)的元件。荷，并保持電荷空間分布狀態(tài)的元件。存儲元件的功能：存儲元件的功能： 在一幀的周期內(nèi)連續(xù)積累在一幀的周期內(nèi)連續(xù)積累由光敏元件產(chǎn)生的電量由光敏元件產(chǎn)生的電量, 并保持并保持電荷電荷分布分布的的空間空間穩(wěn)定性穩(wěn)定性, 又又稱之稱之為為靶靶。3)電子束掃描產(chǎn)生視頻信號電子束掃描產(chǎn)生視頻信號 攝像管的電子槍攝像管的電子槍 作用作用：產(chǎn)生空間二維掃描的電子束產(chǎn)生空間二維掃描的電子束；一幀周期：一幀周期：在一幀周期內(nèi)完成靶面的掃描在一幀周期內(nèi)完成靶面的掃描；工作工作方式：方式：電子束將靶

7、面與負載回路接通電子束將靶面與負載回路接通；輸出方式：輸出方式：通過負載電阻通過負載電阻輸出輸出視頻信號視頻信號。 2. 攝像管的基本組成攝像管的基本組成 主要由主要由光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換部分部分與與電荷電荷存儲部分存儲部分和和信號讀取部分信號讀取部分組成。組成。 (1) 光電變換與電荷積累部分光電變換與電荷積累部分常用的光電轉(zhuǎn)換元件有常用的光電轉(zhuǎn)換元件有光電發(fā)射體光電發(fā)射體和和光光電導(dǎo)體電導(dǎo)體。a. 光電發(fā)射體光電發(fā)射體 用于像管中的用于像管中的光電陰極光電陰極都可用作攝像管中都可用作攝像管中的的光電發(fā)射體光電發(fā)射體。光電陰極在光照下產(chǎn)生與光通。光電陰極在光照下產(chǎn)生與光通量成正比的光電子流量成正

8、比的光電子流。b. 光電導(dǎo)體光電導(dǎo)體 光電導(dǎo)體是目前攝像管中應(yīng)用最為光電導(dǎo)體是目前攝像管中應(yīng)用最為廣泛的光電變換材料。廣泛的光電變換材料。 它的它的光敏面和靶面合二為一光敏面和靶面合二為一稱之為稱之為靶靶, 其既有光電變換的功能其既有光電變換的功能, 又具有存儲又具有存儲和積累電荷的作用和積累電荷的作用。光電導(dǎo)攝像管又稱為光電導(dǎo)攝像管又稱為視像管視像管。 (2). (2). 信號讀取部分信號讀取部分掃描電子槍掃描電子槍：攝像管的信號讀取部分攝像管的信號讀取部分；組成：組成：電子束發(fā)射源電子束發(fā)射源電子束的聚焦系統(tǒng)電子束的聚焦系統(tǒng)電子束的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)電子束的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)三部分構(gòu)成三部分構(gòu)成。 3.3.攝

9、像管按結(jié)構(gòu)分攝像管按結(jié)構(gòu)分類：類：光電發(fā)射式攝像管光電發(fā)射式攝像管和和光電導(dǎo)式攝像管光電導(dǎo)式攝像管光電發(fā)射式攝像管光電發(fā)射式攝像管： 是是有移像區(qū)的攝像管有移像區(qū)的攝像管光電導(dǎo)式攝像管光電導(dǎo)式攝像管： 是是沒有移像區(qū)的攝像管沒有移像區(qū)的攝像管，或或稱稱視像管視像管 攝像管攝像管示意圖示意圖兩類管子相互比較兩類管子相互比較 光電發(fā)射式攝像管的歷史最早光電發(fā)射式攝像管的歷史最早, , 信號信號質(zhì)量最高質(zhì)量最高, , 體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整麻煩體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整麻煩, , 所以目前除特殊場合所以目前除特殊場合( (微光攝像領(lǐng)域微光攝像領(lǐng)域) )外一外一般用得較少般用得較少。(二二)視視像管像管

10、視視像管像管是目前整個攝像管領(lǐng)域中應(yīng)用是目前整個攝像管領(lǐng)域中應(yīng)用最廣的一種。最廣的一種。 在視像管中在視像管中, 光電導(dǎo)靶面既是光電變換光電導(dǎo)靶面既是光電變換器器, 又是電信號的存儲與積累器又是電信號的存儲與積累器, 以下重點以下重點介紹視像管介紹視像管。1. 視像管的視像管的組成組成 視像管視像管由由光電靶光電靶和和電子槍電子槍兩部分兩部分組成；組成； 光電靶光電靶：組成：組成：由由光窗光窗、信號電極信號電極和和靶靶組成組成；特性：特性： 靶面的光敏層可進行光電轉(zhuǎn)換靶面的光敏層可進行光電轉(zhuǎn)換 它的軸向電阻很小它的軸向電阻很小 而橫向電阻很大而橫向電阻很大 有利于有利于圖像轉(zhuǎn)換圖像轉(zhuǎn)換和和實現(xiàn)

11、信號的積分存儲實現(xiàn)信號的積分存儲。2. 視視像管像管的分類：的分類： 根據(jù)根據(jù)采用不同的靶面材料采用不同的靶面材料可可分為分為： 硅靶硅靶 氧化鉛氧化鉛靶靶 碲碲化化鋅鎘鋅鎘靶靶 攝像管等。攝像管等。 (三三)、硅靶攝像管硅靶攝像管 硅靶攝像管硅靶攝像管也叫也叫硅二極管陣列光電導(dǎo)硅二極管陣列光電導(dǎo)靶靶 硅材料具有良好的光電導(dǎo)效應(yīng)硅材料具有良好的光電導(dǎo)效應(yīng), 并且并且容易制成容易制成P型和型和N型。型。 但電阻率低但電阻率低, 電荷在橫向的擴散將嚴重電荷在橫向的擴散將嚴重損失分辨力。損失分辨力。 1. 硅靶攝像管硅靶攝像管的特點的特點(1) 由由分立的分立的P-N結(jié)硅光敏二極管陣列結(jié)硅光敏二極管

12、陣列組成組成。(2)具有靈敏度高、光譜響應(yīng)寬具有靈敏度高、光譜響應(yīng)寬的的優(yōu)點優(yōu)點(3) 分辨力和暗電流特性較差分辨力和暗電流特性較差這種攝像管的國際知名品牌是這種攝像管的國際知名品牌是 Telecom2. 硅靶攝像管的結(jié)構(gòu)硅靶攝像管的結(jié)構(gòu)與制作與制作(1)玻璃面板玻璃面板;(2)信號板信號板(3) N型硅型硅(4). SiO2 利用光刻技術(shù)在利用光刻技術(shù)在SiO2上光上光刻成幾十萬個小孔刻成幾十萬個小孔, 通過摻雜通過摻雜使每個小孔都變成使每個小孔都變成 P-Si, (5). P型硅型硅 許多個小的許多個小的 P-Si 被被SiO2隔離隔離, 稱為稱為P型島型島。每個。每個 P 型島與型島與

13、N 型襯底之間即形成一個型襯底之間即形成一個 P-N結(jié)結(jié)(光敏二極管光敏二極管), 即成為即成為硅靶硅靶。 2. 硅靶攝像管的結(jié)構(gòu)硅靶攝像管的結(jié)構(gòu)與制作與制作 3. 硅靶的光電變換過程硅靶的光電變換過程 (1) 電子束掃描形成閉合回路電子束掃描形成閉合回路 電子束掃描電子束掃描到每個到每個P型島時型島時, P-N 結(jié)被反向偏結(jié)被反向偏置置, 結(jié)電容被充結(jié)電容被充電到靶的電源電電到靶的電源電壓壓 UT。 (2) 無光照的情況無光照的情況：無無光照時光照時輸出為高電位。輸出為高電位。 (3)有有均勻均勻光照光照時：時： 靶的掃描面電位均勻地靶的掃描面電位均勻地升高升高，輸出信號均勻，都為，輸出信號

14、均勻，都為低低電平。電平。 (4)有有不均勻光照不均勻光照時：時： 掃描面上各掃描面上各P P型島的電型島的電勢分布勢分布是一幅是一幅電荷電荷圖像圖像, 輸出則為輸出則為正比于入射光正比于入射光圖像的圖像的信號信息。信號信息。(四四) 氧化鉛靶攝像管氧化鉛靶攝像管 (1) PbO 靶攝像管的結(jié)構(gòu)和工作過程靶攝像管的結(jié)構(gòu)和工作過程： 與硅靶管類似。與硅靶管類似。 其國際上的著名品牌是其國際上的著名品牌是Plumbicon. PbO 管是目前廣播電視和彩色電視管是目前廣播電視和彩色電視中用得較多的一種攝像管中用得較多的一種攝像管 它的結(jié)構(gòu)呈它的結(jié)構(gòu)呈N-I-P 型型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分布半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分布 窗

15、口玻璃內(nèi)壁是一層透明的窗口玻璃內(nèi)壁是一層透明的 SnO2導(dǎo)電膜作導(dǎo)電膜作為靶的輸出信號電極為靶的輸出信號電極, （2） PbO 靶攝像管靶攝像管的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點 當(dāng)用電子束掃描靶面時當(dāng)用電子束掃描靶面時, 相當(dāng)于對相當(dāng)于對 PIN 進行進行反偏置。反偏置。靶電源電壓約靶電源電壓約45V左右左右。工作時工作時, , 信號電極板通過負載和靶電源的正極相接信號電極板通過負載和靶電源的正極相接。 它的軸向電阻較小它的軸向電阻較小, 橫向電阻很大橫向電阻很大 掃描面上的電勢起伏可保持較長時間不變掃描面上的電勢起伏可保持較長時間不變。 (3) PbO靶的光信息靶的光信息存儲功能存儲功能(4) PbO

16、靶攝像管靶攝像管的性能特點的性能特點： 靈敏度靈敏度較較高高: 可達可達400 A/lm. 暗電流低暗電流低:飽和暗電流低于飽和暗電流低于12 nA. 而且靶壓而且靶壓增高時增高時, 暗電流有飽和現(xiàn)象。暗電流有飽和現(xiàn)象。 光電特性光電特性和頻率特性和頻率特性好好：惰性小惰性小，線性線性范圍寬范圍寬 能承受高的反向偏壓能承受高的反向偏壓:光生載流子復(fù)合的光生載流子復(fù)合的幾率小幾率小，幾乎全部構(gòu)成信號電流幾乎全部構(gòu)成信號電流. ( 五五) 碲碲化化鋅鎘鋅鎘靶攝像管靶攝像管 碲碲化化鋅鎘鋅鎘是一種優(yōu)異的光電導(dǎo)材料是一種優(yōu)異的光電導(dǎo)材料 碲碲化化鋅鎘鋅鎘靶攝像管的靈敏度很高靶攝像管的靈敏度很高, 可在

17、星光可在星光下獲得可用的圖像下獲得可用的圖像, 多用于微光電視。多用于微光電視。(1) 碲碲化化鋅鎘鋅鎘整管的結(jié)構(gòu)整管的結(jié)構(gòu)和工作過程和工作過程與硅靶管類似與硅靶管類似, 只是靶材料不同只是靶材料不同它在國際上的商品名稱是它在國際上的商品名稱是 Newvicon. 窗口玻璃內(nèi)壁涂有一層窗口玻璃內(nèi)壁涂有一層 SnO2薄膜薄膜為信號電極板為信號電極板, 接著就是靶。接著就是靶。靶有三層結(jié)構(gòu)靶有三層結(jié)構(gòu)， 一層與二層之間形成異質(zhì)結(jié)。一層與二層之間形成異質(zhì)結(jié)。 二層與三層之間不形成結(jié)。二層與三層之間不形成結(jié)。 (2) 碲碲化化鋅鎘鋅鎘管管結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點碲碲化化鋅鎘鋅鎘ZnxCd1-xTe. 碲碲化化鋅鎘鋅鎘靶攝像管靶攝像管三層結(jié)構(gòu)的作用三層結(jié)構(gòu)的作用 第一層第一層 ZnSe 無光電效應(yīng)無光電效應(yīng), 能能增強對短波光的吸增強對短波光的吸收收, 提高提高檢測檢測靈敏度靈敏度, 具有具有減小