真空摄像管

真空摄像管
光电成像器件是指能够输出图像信息的一类器件，图像是由空间变化的光强信息所组成，所以成像探测器必须能感受到空间不同位置的光强变化，即成像。

一、光电成像器件的分类（成像原理）
1.摄像器件（扫描型）: 使光学图像变成视频信号
真空管摄像器件: 光电型、热电型
固体摄像器件: 电荷传输型：CCD金属氧化物半导体型：MOS
2.摄像器件（非扫描型）使光学图像增强或改变光谱
变像管-红外、紫外、X射线
像增强管-串联式、级联式、微通道板式、负电子亲和势像增强管
二、电视扫描技术
摄像器件的功能是把光学图像信号转换为电信号，即把入射到探测器光
敏面上按空间分布的光强信号，转换为按时序串行输出的电信号—视频
信号，而视频信号能再现入射的光图像信号。

把空间图像信号转换为按
时序变化的电信号的过程称为扫描。

三、摄像管概述：
将按空间光强分布的光学图像记录并转换为视频信号（电信号）的一种
器件。

摄像管是景物发出的光线通过光学镜头进入摄像机时所接触到的、整体电视发送系统中的第一个部件。

四、摄像管的基本任务：
将输入的光学图像信息转换成适合于处理和传递的时间序列的一维电信号。

一般过程为：
输入的光学图像变成电荷(或电位)图像
对电荷图像进行存贮和积累
对电信号进行放大和增强
对存贮的电荷图像的各个像素进行顺序扫描，输出与输入信息相一致的一维电信号。

五、摄像管的分类
按光电变换形式分：内光电变换型(光电导型、PN结型)外光电变换型(光电发射型)
按是否带移像部分分：没有移像部分有移像部分
1.内光电变换型（光电导型、PN结型）：
利用内光电效应将光学图像转变为电位起伏。

当光学图像投射到光电导体靶面时，因各个像素上照度的不同，导致
电导率的差异，从而在靶面产生电位起伏（电位图像）。

然后，通过扫
描电子束的换接作用，产生视频信号。

属于这一类型的摄像管，按照靶面（光电导体）材料的不同，有硫化锑管、氧化铅管、硅靶管、异质结靶管等等。

2. 外光电变换型（光电发射型）：
利用光电发射将光学图像转变为电位起伏。

当光学图像投射到光电阴极时，因各个像素上照度的不同，光电阴极上发射出相对应的、强弱不同的电子流，后者轰击靶面，产生电位起伏（电位图像）。

然后，通过扫描电子束的换接作用，产生视频信号。

属于这一类型的摄像管，有超正析像管、分流管、次级电子导电管（简称SEC 管）、增强硅靶管（简称SIT 管或SEM 管）等等。

3. 两种类型各自的优点
光电导型的优点是体积小，调节使用方便。

光电发射型的优点是：可借助于电子加速获得管内增益，从而使灵敏度大大提高，超过光电导型。

缺点是：光电阴极本身的量子效率不及光电导体。

六、摄像管的基本组成和作用
摄像管必须具有:写入、存贮、阅读、抹去等过程。

结构主要由两大部分组成：光电变换与存贮部分，信号阅读部分
1. 光电发射型摄像管工作过程：景物→光学镜头→形成光学图像→成像
于光电阴极（光电发射体）上→产生光电发射（光电流大小与照度强弱对应）→光电子加速到达靶面→使靶的另一面产生电位起伏（电子图像）→实现光电变换的功能。

移像区与扫描区的划分
移像的目的：通过加速增强光电子的能量，在靶面上产生更多的电荷，获得增益，提高灵敏度。

2. 光电导型摄像管工作过程：景物形成的光学图像→光学镜头→成像于
靶面上→靶上各像素的电导率增大(光电导效应)→空穴移向低电位,电子移向高电位→移动的结果使靶的扫描面电位升高→电位高低与照度相对应→实现光电变换的功能。

3. 有移象区的摄像管称为光电发射式摄像管，它的光电变换部分和光信
息存储部分由两部分来完成，彼此分离，总称为移象区。

没有移象区的摄像管称为光电导式摄像管或视象管，它的两部分功能全由一个靶来完成。

电子枪部分二者基本相同。

光电发射式摄象管历史最早，信号质量也最高，但体积大，结构复杂，调整麻烦，所以目前除特殊场合（微光摄象领域）外一般用得较少。

光电导式摄象管体积小，结构简单，信号质量有的也接近于前者，所
电子枪
以电视领域中用得较为普遍。

4.光电变换与存贮部分
光电变换部分
作用：将光学图像变成电子图像
组成：由光敏元件组成
常用材料：光电发射体和光电导体
视象管核心部件：光电导靶是将信号板与光电导体做在一起。

在靶
上施加固定直流电压，形成电场。

电荷存储部分
电荷存贮也称电荷积累
电变换所得到的瞬时信号很弱，故一般要采用积累元件。

积累过程
光照产生的正电荷向靶的右表面转移，建立电位图像。

建立电位图
像的过程就是电荷的积累过程。

当来自右端电子枪的电子束不扫描
靶面时，该电位图像（电荷积累的结果）将累积起来。

5.信号阅读部分
作用：从靶面将积累的信号取走
组成：发射系统（电子枪）聚焦偏转系统
概括地说，摄像管的工作原理：先将输入的光学图像转换成电荷图像，
然后通过电荷的积累和存储构成电位图像，最后通过电子束扫描把电位
图像读出，形成视频信号输出。

七、光电导摄象管(视像管)
视象管的基本结构包括两大部分：光电导靶和电子枪。

光电靶由光窗、信号极和靶组成，靶面的光敏层可进行光电转换。

电子枪部分包括灯丝、热阴极、控制栅极、各加速电极和聚焦电极、靶
网电极和管外的聚焦线圈、偏转线圈、校正线圈等，它的作用是产生热
电子，并使它聚焦成很细的电子射线，按着一定的轨迹扫描靶面。

1.硅靶摄象管
摄象管窗口玻璃内表面涂有一层很薄的既可透光也可导电的SnO2膜，
在它上面接有引线可同负载相连，称为信号板。

挨着信号板的是一块
N型硅片，硅片表面生成一层SiO2绝缘层，利用光刻技术在SiO2上光
刻成几十万个小孔，再通过掺杂使每个小孔都变成P-Si。

最后在SiO2
和P型岛表面蒸涂一层电阻率适当的材料，即成为硅靶。

硅靶的光电变换
电路连接：信号板通过引线、负载电阻与靶电源的正极相连。

电子枪
的热阴极接地，扫描电子束即具有地的电位。

当电子束扫描到每个P
型岛时，P型岛的PN结即被反偏置，结电容被充电到靶电源电压。

工作时，在N+层加5～15伏电压，当有光学图像输入时，N型硅吸收
光子产生电子空穴对，它们在电场的作用下作漂移运动，空穴通过PN
结移到P型岛，此动作在一帧的周期内连续进行，从而提高了P型岛
的电位，其电位的升高的数值正比于该点的曝光量。

因此，靶面的P
型岛上形成了积累的电荷图像。

这时通过电子束的扫描，即可得到视
频信号。

2.氧化铅靶视象管
PbO管是目前广播电视和彩色电视中用得较多的一种摄象管。

PbO靶结构:窗口玻璃内壁是一层透明导电膜作为信号板，接着就是
PbO靶，靶的成象面一边为N-PbO，扫描面一边为P-PbO，两者之间夹
着一层（相对）很厚的本征氧化铅I-PbO，因而具有PIN结构。

工作时，
信号板通过负载和靶电源的正极相接，电子枪的热阴极接地，当扫描
电子束扫描靶面时，相当于对PIN进行反偏置。

靶电源电压约40V左
右。

八、摄像管的主要参数
光电转换特性（γ特性）
定义：输出信号与产生该信号的光敏面上的入射照度之间的关系。

时间响应特性（惰性）
器件产生惰性的原因：一种是光电导特性；另一种是电容性特性。

输出信噪比（暗电流和噪声）
动态范围
摄像管的动态范围取决于暗电流和其饱和电流。

暗电流引起的噪声决定了最低输入强度，饱和电流决定了最高入射强度。