光電測試技術44課件

光電測試技術第四章光電測試器件--4光電成像器件光電成像器件：能夠輸出圖像信息的一類光電器件工作方式：直視型非直視型用于直接觀察，具有圖像轉換、增強以及顯示的部分1、入射輻射圖像通過外光電效應轉化為電子圖像2、由電場或磁場聚焦加速進行能量增強3、由電場的二次發(fā)射作用進行倍增4、激發(fā)熒光屏產生可見光圖像用于電視攝像和熱成像系統(tǒng)1、接受光學圖像和熱圖像2、利用光敏面光電效應或熱導效應轉變?yōu)殡姾蓤D像3、通過電子束掃描或耦合等方式產生視頻信號上述三個環(huán)節(jié)分別由光陰極電子光學系統(tǒng)熒光屏完成。這三部分共同封在一個高真空的管殼內。光電陰極：實現光電轉換，使不可見光或亮度很低的圖像，轉換成光電子發(fā)射圖像電子光學部分：透鏡，使光電子圖像，獲得能量和數量上的增強熒光屏：使發(fā)射到它上面的圖像變成可見的光學圖像。像管的輸入端面是采用光電發(fā)射材料制成的光敏面。該光敏面接收輻射量子產生電子發(fā)射。所發(fā)射的電子流密度分布正比于人射的輻射通量分布。由此完成輻射圖像轉換為電子圖像的過程。光陰極有透射型和反射型兩種。像管中常用的光陰極是透射型的——半透明。必須在高真空中。光陰極進行圖像轉換的簡要物理過程是：

當具有能量為hv的輻射量子入射到半透明的光電發(fā)射體內，與體內電子產生非彈性碰撞而交換能量。

根據光電發(fā)射的斯托列托夫定律可知，飽和光電發(fā)射的電子流密度與入射輻射通量密度成正比。因此由入射輻射分布所構成的圖像可以通過光陰極變換成由電子流分布所構成的圖像。這一圖像稱為電子圖像。2電子圖像的能量增強像管中的電子圖像通過特定的靜電場或電磁復合場獲得能量增強。由光陰極的光電發(fā)射產生的電子圖像，在剛離開光陰極面時是低速運動的電子流，其初速由愛因斯坦定律所決定。這一低能量的電子圖像在靜電場或電磁復合場的洛倫茨力作用下得到加速并聚焦到熒光屏上。在到達像面時是高速運動的電子流，能量很大。由此完成了電子圖像的能量增強。3電子圖像的發(fā)光顯示

像管輸出的是可見光學圖像。為把電子圖像轉換成可見的光學圖像，通常采用熒光屏。能將電子動能轉換成光能的熒光屏是由發(fā)光材料的微晶顆粒沉積而成的薄層。由于熒光屏的電阻率通常在10E+10—10E+14Ωcm，介于絕緣體和半導體之間，因此當它受到高速電子轟擊時，會積累負電荷，使加在熒光屏上的電壓難以提高，為此應在熒光屏上蒸鍍一層鋁膜，引走積累的負電荷，而且可防止光反饋到光陰極。

像管中常用的熒光屏材料有多種。基本材料是金屬的硫化物、氧化物或硅酸鹽等晶體。上述材料經摻雜后具有受激發(fā)光特性，統(tǒng)稱之為晶態(tài)磷光體。

熒光屏是利用摻雜的晶態(tài)磷光體受激發(fā)光的物理過程，將電子圖像轉換為可見的光學圖像。二像管的類型與結構

用于直視成像系統(tǒng)的像管，具有多種類型。根據像管的工作波段可分為：工作于非可見輻射(近紅外、紫外、X射線、γ射線)的像管，稱之為變像管；工作于微弱可見光的像管，稱之為像增強器。根據像管的發(fā)展階段可分為：級聯(lián)式的第一代像管；帶微通道板的第二代像管；采用負電子親和勢光陰極的第三代像管。1．近貼式像管

近貼式像管的結構如圖所示，光陰極在輸入窗的內表面，熒光屏在輸出窗的內表面，光陰極和熒光屏相互平行。在光陰極與熒光屏之間施加高壓時，兩電極間形成縱向均勻電場，由光陰極發(fā)射出的電子受電場的作用飛向熒光屏，由于間距很近(約lmm)，所以稱為近貼聚焦的電子光學系統(tǒng)。近貼式像管是結構最簡單的像管，熒光屏上成正像，且無畸變。但是由于受分辨力的限制，極間距離不能太大，又因為受場致發(fā)射的限制，極間電壓不能太高，因此系統(tǒng)的亮度增益受到限制，象質也受到影響。常用的單級靜電聚焦

倒像式像管的結構

在通常采用的雙球面電極系統(tǒng)中，陽極頭部曲面和光陰極球面以及熒光屏都是近似同心球面。由此構成近似的球形對稱靜電場，使軸外各點的電子主軌跡都是近似對稱軸，從而使軸外象差如場曲、像散、畸變等都比雙圓筒系統(tǒng)小。

三級級聯(lián)像管示意圖

在實際應用中，為了獲得更高的亮度增益，將完全相同的單級像管，用光學纖維面板進行多級耦合。因此像管的輸入窗和輸出窗都是由光學纖維面板制成，以便將球面像轉換為平面像來完成級間耦合。由于每級像管都成倒像，所以稠合的級數多取單數，通常為三級。該像管稱為第一代像增強器。

3．電磁復合聚焦式像管

采用平面像場。在平面光陰極和熒光屏之間設置有環(huán)形電極，其上加有逐步升高的電壓，沿管軸建立起上升的電位；同時管殼外設置有通以恒定電流的螺旋線圈而產生的均勻磁場，由此形成縱向的均勻電磁場。該電磁場使光陰極發(fā)射的電子加速并聚焦到熒光屏上成像。只要嚴格地控制電壓和磁場，就可以得到良好的像平面，使熒光屏上獲得較高的分辨力。但是由于復合聚焦系統(tǒng)結構復雜、笨重，給使用帶來不方便。因此通常只在需要高性能的場合，如天文觀察時才使用這種聚焦方式。

選通式像管具有可控的間斷工作功能。選通的工作方式有兩種：單脈沖觸發(fā)式工作；連續(xù)脈沖觸發(fā)式工作。前者用于高速攝影中作為電子快門，后者用于主動紅外選通成像與測距。選通式像管中另有一種類型，它增加了一對偏轉電極。這對偏轉電極設置在陽極錐體內，其上施加線性斜坡狀脈沖電壓使輸出圖像偏轉，將連續(xù)選通的幾幅圖像在熒光屏上分開。這種像管也稱為條紋管。5．變倍式像管

能夠改變倍率的像管稱為變倍式像管。它具有可變放大率的電子光學系統(tǒng)。由于變倍的同時也必然使焦距發(fā)生變化，因此在普通像管內除了加變倍電極外，同時還需要加聚焦電極來補償像面的變動，所以變倍式像管是四電極結構。

微通道板是兩維空間的電子倍增器。微通道板是由大量平行堆集的微細單通道電子倍增器組成的薄板。通道孔徑為5一10μm。通道內壁具有較高的二次電子發(fā)射系數。在微通道板的兩個端面之間施加直流電壓形成電場。入射到通道內的電子在電場作用下，碰撞通道內壁產生二次電子。這些二次電子在電場力加速下不斷碰撞通道內壁，直至由通道的輸出端射出，實現連續(xù)倍增，達到增強電子圖像的作用。

近貼式MCP像管的結構

微通道板近貼于光陰極和熒光屏之間。構成兩個近貼空間。因此又稱為雙近貼式像管。由于采用了雙近貼、均勻場，所以圖像無畸變，放大率為l，不倒像。同樣由于近貼，會出現光陰極、MCP、熒光屏三者之間的相互影響。

第2代靜電聚焦倒像式像管的結構

微通道板與光陰極之間采用靜電透鏡，MCP置于電子透鏡的像面位置；像管中還在陽極與MCP之間設置一個消畸變電極。由微通道板增強后的電子圖像通過近貼聚焦到熒光屏上。由于在熒光屏上所成的像，相對于光陰極上的像來說是倒像，因此稱為倒像管。

微通道扳的輸出端，由于連續(xù)倍增其電子密度較高、速度快，易于使像管內殘余氣體分子電離。如果電離產生的正離子轟擊光陰極將降低像管的壽命。當微通道扳輸入端電位低于陽極電位時，則形成一個防止正離子反饋的位壘。這個位壘一方面阻止正離子另—方面又收集微通道板端面上產生的二次電子，從而消除了光暈現象。由于微通道板本身具有高增益、增益可控、電流飽和等待性，因此第二代像管，無論近貼式或倒像式與第一代像管相比，均具有體積小、重量輕、亮度可調、防強光等優(yōu)點7．負電子親和勢光陰極像管(第三代像管)第三代像管是采用了負電子親和勢光陰極的像管。電子親和勢（能）——晶格中原子捕獲一個電子成為負離子所釋放出的能量。結構與第二代近貼式像管類似，其根本區(qū)別在于光陰極。第一代像管采用的是表面具有正電子親和勢的多晶薄膜結構的多堿光陰極．其光靈敏度約為250—550uA/lm；而第三代像管采用的負電子親和勢光陰極，它的光靈敏度高達l000uA/lm以上。因此第三代像管具有高增益、低噪聲的優(yōu)點。負電子親和勢是熱化電子發(fā)射，光電子的初動能較低，能量又比較集中，因此第三代像管又具有較高的圖像分辨力。由于這些特點使第三代像管成為目前性能最優(yōu)越的直視型光電成像器件。8．

X射線變像管和

γ射線變像管

X射線和γ射線變像管是分別將不可見的X射線圖像和γ射線圖像轉換為可見的光學圖像。此類變像管只比普通像管多了一個射線轉換熒光屏(又稱輸入熒光屏)。

射線轉換屏位于射線變像管的輸入窗內，它與外殼之間設置薄鋁層以擋雜光；轉移屏與光陰極之間靠很薄的玻璃耦合，以減小熒光圖像的擴散。這一轉換屏可將入射的x射線圖像或γ射線圖像轉換為熒光的弱光圖像，該弱光圖像入射在光陰極上產生光電子圖像。其后續(xù)過程與普通像管相同。

三像管的主要特性與參數

直視式光電成像器件是為擴展人限視力范圍而發(fā)展起來的，它既能探測到微弱的或人眼不可見的目標輻射信號，又能將目標滿意地成像，使人眼能看到再現的目標圖像。因此像管既是一個輻射探測器，放大器，又是成像器。作為輻射探測器，它應具有高的量子效率和信號放大能力，以提供足夠的亮度.這一性能通常用靈敏度和亮度增益來描述.作為圖像成像器，它必須具有小的圖像幾何失真，適當的幾何放大率，盡量小的亮度(能量)擴散能力，以提供足夠的視角和對比。這些性能通常用畸變、放大率、分辨力及調制傳遞函數來描述。1光譜響應特性

光譜響應特性是指像管的響應能力隨入射波長的變化關系。像管的光譜響應特性實際上是其光陰極的光譜響應待性。它決定了像管應用的光譜范圍。像管的光譜響應特性通常用光譜響應率、量子效率、光譜特性曲線和積分響應率(簡稱響應率)來描述。

光譜響應率是像管對單色入射輻射的響應能力，以Rj表示。響應率是像管對全色入射輻射的響應能力，以R表示。由于在實際應用中，像管接收的往往不是單色輻射，而是某一光源的全色輻射，所以響應率更具有實際意義。2增益特性合適的亮度是觀察圖像的必要條件。像管輸出的圖像亮度既與入射圖像的照度有關，又取決于像管本身對輻射能量的變換與增強的能力?！霸鲆妗本褪怯脕砻枋鱿窆苓@種能力的參數。1.增益定義像管的增益有：亮度增益、輻射亮度增益及光通量增益之分。其中亮度增益是最基本而通用的。

2.亮度增益的定義像管的亮度增益定義為：像管在標準光源照射下，熒光屏上的光出射度M與入射到陰極面上的照度Ev之比。即

GL=M/EV3背景特性合適的亮度是人眼觀察圖像的必要條件，但像管的輸出亮度并不都是有用的。在輸出端熒光屏的圖像上，除了有用的成像(信號)亮度以外，還存在一種非成像的附加亮度，稱之為背景(或背景亮度)。像管的背景包括無光照射情況下的暗背景和因人射信號的影響而產生的附加背景，稱為信號感生背景(或光致背景).暗背景產生的主要原因是光陰極的熱電子發(fā)射和管內顆粒引起的場致發(fā)射．4成像特性像管既是一個輻射探測器，又是一個圖像探測器。作為圖像探測器，它應該具備好的成像特性。像管光陰極面上接收來自物空間的圖像輻射照度，并由這一輻射照度的值在陰極面上的強度分布構成輸入圖像．通過像管這個成像器件的轉換與增強在熒光屏上產生相應的亮度分布，構成輸出圖像。像管在完成轉換與增強的過程中，由于非理想成像，所以輸出圖像的幾何尺寸、形狀及亮度分布不能準確地再現輸入的幅照度分布，而使圖像像質下降。這種像質下降主要表現在幾何形狀及亮度分布的失真。通常用放大率、畸變、分辨力和調制傳遞函數來描述。1．放大率像管的放大率m，指的是像管出射端輸出圖像的線性尺寸l’與其對應的入射端圖像的線性尺寸l之比，

m=l’/l因此，放大率是表征像管對圖像幾何尺寸放大或縮小能力的一個性能參數。2.畸變由于像管常采用靜電聚焦電子光學系統(tǒng)，它的邊緣放大率比近軸放大率大，所以在出射端圖像產生枕形畸變。由于物高不同，放大率不同，導致圖像形狀發(fā)生畸形變化，故稱為畸變，并以D表示畸變的程度。式中，mr為距光陰極中心特定半徑處的放大率,m0為中心放大率。3．分辨力

成像器件能夠將兩個相隔極近的目標的像，剛剛能分辨清的能力稱為分辨力。由于像管中電子光學系統(tǒng)存在著各種象差，再加上熒光屏對入射電子、輸出電子的散射和熒光粉粒度的限制，以及級間耦合元件對光的散射、串光等原因．造成亮度分布失真，使輸出圖像的清晰度下降。為評定像管的成像質量，最簡單常用的方法是測定其分辯力.

攝像管能輸出視頻信號的真空光電管叫做攝像管。原理：將二維空間分布的光學圖像轉換為隨時間變化的一維電信號具體步驟：光敏元件接收輸入圖像的輻照度進行光電轉換電荷存儲元件累計點亮，保持電荷量在空間的分布靶電子槍產生空間二維掃描電子束，逐點將電荷與負載回路接通（一維）電視技術的出現，使人類擺脫了必須面對景物才能觀察的限制，從而開拓了一條實時圖像傳輸的技術途徑。電視是利用無線電或有線電電子學的方法來傳送和顯示遠距離景物圖像的設備。它不僅能超越障礙提供遠距離景物的圖像，而且能夠在大屏幕上顯示，其亮度和對比度還可以調節(jié)。一電視攝像的基本原理電視攝像過程是將兩維空間分布的光學圖像轉換為一維時間變化的視頻電信號。完成這一過程的器件稱為攝像管。具體的攝像過程可分為如下的三個步驟：①攝像管的光敏元件接受輸入圖像的輻照進行光電轉換，將兩維空間分布的光強轉變?yōu)閮删S空間分布的電量；

②攝像管的電荷存貯元件在一幀的周期內連續(xù)積累由光敏元件產生的電量，并保持電荷量在空間的分布。這一存貯電荷的元件稱之為靶；③攝像管的電子槍產生空間兩維掃描的電子束，在一幀的周期內完成全靶面的掃描。逐點掃描的電子束到達靶面的電荷量與靶面貯存的電荷量相關，因此掃描電子束的電流被靶面電荷量所制，從而在輸出電路上即可得到視頻信號。二攝像管的基本原理和分類

為了完成攝像任務，攝像管必須具有圖像的寫入、存貯過程即輸入的光學圖像照射在靶面上產生電荷(電位)圖像；圖像的閱讀、抹除過程即掃描電子束從靶面上取出視頻信號。一般攝像管應具有的結構它主要由兩大部分組成光電變換與存貯部分信號閱讀部分。1．光電變換與存貯部分(1)光電變換部分將光學圖像變成電荷圖像的任務是由光電變換部分來完成的。該部分由光敏元件構成。常用的材料有光電發(fā)射體和光電導體。①光電發(fā)射體。用于像管中的各種光陰極，都可以作攝像管中的光電發(fā)射體。光陰極在光照下產生與光通量成正比的光電子流，這既可以利用光電子流進行放大處理，以作為信號輸出，也可以利用因光電子發(fā)射而提高的光陰極電位作為信號輸出。

②光電導體。光電導體是目前攝像管中應用最廣泛的光電變換材料。這類攝像管的光電變換基于內光電效應的原理。它的光敏面和靶是合而為一的元件。此元件即具有光電變換功能，又具有存貯與積累電荷的作用。該元件稱之為攝像管的靶。光電導攝像管簡稱為視像管。光電導體的光電變換原理在光電導層上接有數十伏的直流電壓，形成跨層電場。當受光照時，靶的電導率升高，由此使正電荷從電位較高的一邊流向較低的一邊(如圖從左到右)。使靶右邊的正電荷增加，即電位上升。電位升高量與光照相對應。這樣就把人射在光電導左邊的光學圖像，轉換成了右面的電位圖像(電荷圖像)。

(2)電荷存貯與積累部分由于光電變換所得的瞬時信號很弱，所以現在攝像管均采用積累元件。它對圖像上的任一像元，在整個幀周期內不斷地積累電荷信號。因為要積累和存貯信號，所以在幀周期內要求信號不能漏走。因此要求存貯元件應具有足夠的絕緣能力。常用的存貯元件有：①二次電子發(fā)射積累。在光陰極僅作為光電變換元件的攝像管中，為了實現信號的積累，還必須具有電荷積累和存貯元件，二次電子發(fā)射靶就是其中之一。

二次電子發(fā)射積累電荷的原理工作時，均勻的光陰極發(fā)射出與光通量成比例的光電子，它們在加速場的作用下，以高速轟擊二次電子發(fā)射靶。由于靶是絕緣體，所以發(fā)射的部分將維持正電位，并隨著光的繼續(xù)照射而積累下去，直到閱讀時才被取出。

②二次電子導電積累。上述的二次電子發(fā)射積累，是指二次電子跑出靶層以外，飛向收集極。這樣二次電子應該具有較大的能量，或處于較強的電場下才能到達收集極。而二次電子導電型與此不同，其原理如圖8—4所示。光電子在加速電場的作用下穿過透明的支撐膜和導電膜，轟擊二次電子導電層，產生二次電子。二次電子導電層是疏松的纖維狀結構。由它所產生的二次電子并不跑出靶外，而仍在層內運動。由于信號板上總加有固定正電壓，所以二次電子不斷地流入信號板，從而使靶的自由面(左)帶上正電荷，電位升高。電位升高量與景物入射照度相一致，在電子束掃描之前，靶電荷將一直積累下去。

③電子轟擊感應電導積累。利用二次電子發(fā)射積累，需要較大的一次電子能量，如果采用電子轟擊感應電導積累，則一次電子的能量要節(jié)省得多。因為不需要把電子打到體外，只需將其激發(fā)到導帶。這種積累型式如圖8—5所示，只需把二次電子發(fā)射靶換成該靶。工作時，光電子以高速轟擊靶面，使靶電導率增加，由于電導率增加，使得信號板上的正電荷向靶的自由面轉移。從而在靶表面上建立起電位圖像。閱讀時，用慢電子束掃描，使靶面電位恢復到電子槍陰極電位，同時有信號輸出。

④光電導積累。在這種積累形成中，光電導層既是光電變換元件又是電荷積累元件。其原理如圖8—6所示。光電導靶是半導體，未接受光照時具有較高的電阻率，通常約為1012Ωcm。在靶的受光表面上是導電的輸出信號電極，其上接有數十伏的工作電壓。但由于靶的電阻率較高，因此靶的另一表面與工作電壓絕緣。當電子束掃描這一絕緣表面時，電子束的電子將到達這一表面。由于電子槍發(fā)射電子的陰極電位為零伏，所以靶的絕緣表面電位經電子束掃描后將穩(wěn)定在電子槍陰極的電位上。因此靶的兩個表面間產生了數十伏的電壓差。

光電導攝像管工作時，靶面接受光學圖像的輻照。當入射光子的能量大于光電導靶的禁帶寬度時，就構成本征吸收，使價帶中的電子躍遷到導帶產生光生載流子。光生載流子的密度分布與輸入圖像的照度分布一致。因此由光生載流子所產生的電導率變化也與圖像照度分布相一致。這一電導率的增加將導致靶的兩表面間產生相應的放電電流，因此靶的絕緣面電位隨之上升。電位上升的數值對應于該點的輸入圖像照度值。由于輸入的光學圖像是連續(xù)輻照在靶面上，所以在電子束掃描一幀圖像的時間間隔內靶的兩個表面間的放電電荷是連續(xù)積累的，這表明光電攝像管在攝取一幀圖像時，它的靶面通過光電導效應連續(xù)放電而形成了電荷圖像

2．信號閱讀部分從靶面上取出信號的任務是由閱讀部分來完成的。閱讀部分是掃描電子槍系統(tǒng)。它由細電子束的發(fā)射源、電子束的聚焦系統(tǒng)和電子束的偏轉系統(tǒng)三部分組成。

細電子束的發(fā)射源通常采用間熱式氧化物陰極，并帶有負偏壓的控制柵極、加速電極和電子束限制膜孔。一般間熱式的氧化物陰極所發(fā)射的電流密度為0.5~1uA，陰極的電位定為零電位。當控制柵極的負電位增加時，陰極發(fā)射的電子束流將受到抑制。因此電子束流可以通過調節(jié)控制柵極的負電位來實現控制。加速電極接正電位，以提供電子束連續(xù)發(fā)射的加速電場。電子束限制膜孔通常設置在電子束交叉點的后方，膜孔直徑為30μm左右。膜孔限制了電子束直徑，并保持電子束具有較小的發(fā)散角，以減小聚焦系統(tǒng)產生的像差。同時也攔截了徑向初速較大的電子，以便形成一個擴展小、速度分散小的電子束。

電子束的聚焦系統(tǒng)有靜電聚焦和電磁復合聚焦兩種類型，后者的像差較小而被廣泛采用。電磁復合聚焦系統(tǒng)是由準直電極、場網、長磁聚焦線圈及校正線圈所組成。場網是網狀結構的電極，位于貼近靶面處，其作用是使靶面附近形成均勻電場，使電子垂直著靶，減小電子著靶時能量的差異。校正線圈是用來校正電子束的入射方向，以便電子束軌跡與聚焦線圈和偏轉線圈的對稱軸線一致。

電子束的偏轉系統(tǒng)是由兩對磁偏轉線圈構成，如果采用靜電偏轉系統(tǒng)則是兩對偏轉電極。攝像管的電子束偏轉角不宜過大，一般要小于10°。2視頻信號的形成

視像管靶的膜層是連成一片的，然而它具有很高的電阻率(1012Ωcm)，以致在掃描面上各點積累的電荷不至于在一幀周期(如l／25s)內泄漏。這樣，就可把接收圖像的靶面分割成很多像元，按我國的電視制式，一幀圖像可分成四十多萬個像元。每個像元可用一個電阻R和電容C來等效。電容C起存儲信息的作用，電阻R隨著光照度的增大而變小，無光照時R為暗電阻Rd，光照后及變?yōu)镽c(E)，是與照度E有關的變量。視像管信號輸出等效電路。Ri與Ci表示第i個像元的電容和電阻，所有像元的左側通過導電半導體薄膜、銦電極、負載電阻RL與電源相連。視頻信號通過CL輸出。當電子束掃描時，從陰極發(fā)射出的電子束，通過場網后進入強烈的減速場，以慢速落到靶的右側上。由于靶壓很低，二次電子發(fā)射系數小于l，因此進入靶的電子比出來的電子多，到一定程度就完全阻止電子繼續(xù)上靶。這時，靶右側掃描面的電壓將等于陰極電位。也就是使像元電容器C兩端的電位差達到靶壓，因此是充電過程。電子束在每個像元上停留的時間即充電時間約0.1us。

下面討論像元從無光照到受強光照射輸出信號的過程。設在無光照時，某一像元的暗電阻為Rd,在被電子束掃瞄以后，電容器開始沿RdC回路放電，但不輸出信號電流。靶的外側B電位固定為靶壓VT;掃描側A的電位VAd隨像元電容器C的放電而從零上升，如圖8．8所示的a線段，其值為像元的放電時間近似地等于幀周期Tf即4ms。因此，在下一次電子束對像元掃描以前，在掃描側A點電位的最大值如果暗電阻Rd很大，則Vad≈0。

當像元再次掃描時，電流通過束電阻Rb、電容C、負載電阻RL、靶電源和地，構成回路而向電容器C充電。在充電過程中，A點電位的變化如圖8．8所示的b線段，其值因為Rd通常為10MΩ，而RL＜lMΩ，所以充電電流在RL上產生電壓降ΔVd，此電位變化通過電容器CL輸出，稱為黑色電平。

當用強光照射時，由于光電導增大而使電阻R變小。在放電過程中，A點的電位上升，如圖8．8所示的C線段，最高的電位VAem等于：

而在電子束再一次掃描充電時，電位下降，如d線段所示，其變化為這樣，由于光照產生的有效信號

由此信號電壓引起的充電電流在RL上產生電壓降ΔVL，ΔVL被稱為白電平。此電位變化將作為由光照產生的信號電壓通過CL輸出，即視頻信息的白電平。然而，由于電子束對靶的掃描面不斷地從左到右，從上到下掃描，因此實際輸出的是相對于空間照度分布的、時間序列脈沖的視頻信號。3攝像管的分類發(fā)展到目前，由于對攝像管的各種不同用途的需要，其種類極為繁多，它的分類方法也很多。通?？砂聪率龇椒ǚ诸悾?/p>

1)按電荷積累方式分類①二次電子發(fā)射積累型，如超正析攝像管；②二次電子導電積累型，如SEC攝像管；③光電導積累型，如各種視像管；④電子轟擊感應電導積累型；如電子轟擊硅靶攝像管。

2)按光電變換形式分類①外光電變換型，它是利用外光電效應變換的光電發(fā)射型攝像管，即帶光陰極的攝像管。②內光電變換型，它是利用內光電效應變換的視像管。3)按視頻信號讀出方式分類①信號板輸出型，利用上靶的電子取出信號，由于信號板和靶是固定在一起的，故又稱為靶輸出型。②雙面靶輸出型，利用從靶面反射電子取出信號，故又稱為返束輸出型。

三攝像管的主要特性參數衡量攝像管優(yōu)劣的總標準是：在測試臺的監(jiān)視器上能否分辨一定的標準測試圖案。圖案的清晰程度是由許多因素決定的。為了分析和研究各種因素對像質的影響，必須規(guī)定出具體的特性參數。攝像管的最主要特性參數是：靈敏度、惰性、分辨力和光電轉換特性等。其中靈敏度和惰性主要決定于靶面，分辨力主要決定于掃描電子槍。1)攝像管的靈敏度靈敏度S是攝像管的一個極其重要的特性參數。它定義為輸出信號電流與輸入光通量(或照度)的比值。其單位為μA／lm或μA／1x。光電導攝像管的靈敏度公式為式中的N是靶面的像元總數。由于靶面每個像元接受光照的時間是電子束掃描時間的N倍，所以每個像元在幀周期Tf內輸入的光通量為。NΦ，對應的輸出信號電流為Is，2)攝像管的惰性在攝取動態(tài)圖像時，攝像管的輸出信號滯后于輸入照度的變化，這一現象稱為惰性。當輸入照度增加時，輸出信號的滯后稱為上升惰性。當輸入照度減小時，輸出信號的滯后稱為衰減惰性。對于電視攝像管的惰性指標，通常采用輸入照度截止后第三場和第十二場(以幀周期0.04s計為60ms和240ms)剩余信號所占的百分數來表示。攝像管產生惰性的主要原因有兩個：一是圖像寫入時的光電導惰性；二是圖像讀出時掃描電子束的等效電阻與靶的等效電容所構成的充放電惰性。3)攝像管的分辨力電視攝像管在攝像時對圖像細節(jié)的分辨能力是一項重要的性能指標。由于電視系統(tǒng)采用掃描方式，故分辨力在垂直和水平方向上是不同的。因而分成垂直分辨力和水平分辨力即以畫面垂直方向或水平方向尺寸內所能分辨的黑白條紋數來表示。這一極限分辨的線條數簡稱為電視線(TVL)。對攝像管亦應如此。

1．垂直分辨力(或稱分解力)在整個畫面上，沿垂直方向所能分辨的像元數或黑白相間的水平等寬矩形條紋數，稱為垂直分辨力。比如，若能夠分辨600行，即垂直分辨力為600TVL。靶面像元的大小是由電子束落點尺寸，掃描行數和掃描位置所決定的。它們決定了垂直分辨力的上限，當這些因素確定之后，靶本身的質量就決定著分辨力的大小。

①掃描行數的影響。水平掃描行數為600行的電視系統(tǒng)，其垂直分辨力絕對不會超過600TVL?？紤]實際掃描過程中的消隱行數，最高垂直分辨力總要低于掃描行數。

②掃描位置的影響。如果掃描中心線的位置不當，會使應有的分辨力下降。設被傳送的是黑白測試圖案，線條數為N，當掃描中心線與條紋中心線正好重合時，分辨力最高，如圖8—10(a)所示。此時垂直分辨力等于有效掃描行數(不考慮其它因素)。當掃描中心線與條紋邊界線重合時，垂直分辨力最低，圖案難以分辨。如圖8—10(b)所示。但是如果圖案線條加寬一倍，仍可分辨，但垂直分辨力下降一半。如圖8—10(c)所示。如果掃描中心線介于線條的中心線和邊界線之間，垂直分辨力將介于以上兩種情況之間。

③掃描電子束落點尺寸及其電流密度分布。以上是假設掃描電子束落點尺寸正好等于線寬的情況。如果不等，垂直分辨力隨著束點尺寸的變化而變化。如果束點尺寸增大，垂直分辨力將會下降。這是由于在掃描時，同時取走了相鄰線條的信號，使它們相互混淆所致。此外，垂直分辨力還與束點上的電流密度分布有關。通常束截面上的電流密度服從高斯分布。所以束點中心和邊緣部分的閱讀能力不同。如果設計均勻密度分布的束點