第七章2 摄像管

二、基本原理
工作过程
光电发射型摄像管
视象管
光电阴极
光 图
光电导体
像
电子枪与
电 信
偏转系统
号
光电变换
光电阴极 光电导体
靶面
扫描输出
信号积累
1、光电变换部分
1）光电发射体：光电阴极 光照下光电阴极产生与光通量成正比的
光电子流，既可利用光电子流进行放大处 理作为信号输出；也可以利用以光电子发 射而提高的光电阴极电位作输出。
电子束 光电子 入射光
电透 导明 层信
号 板
光 电 阴 极
光电子轰击靶面，靶电导率增加，信号 板加固定正电压，正电荷向靶的自由面 （左面）转移，形成电位图
5）光电导积累
电子束
光 电 导 层
入射光
信 号 板
光电导层：集光变换器 与电荷积累器于一身
3、扫描输出信号
由电子枪与偏转系统完成
慢电子束扫描：当电子束扫描各象素时，由于电子上靶的 中和作用，使靶面电位与电子枪阴极电位平衡；由于靶面 各象素积累电荷不同，需要中和的电子数也不相同，这个 电子数就反映了积累信号的大小
的变化相对此变化有一滞后。 上升惰性和衰减惰性 来源：1）靶的响应惰性 2）电荷转移惰性 3）阅读惰性
6、暗电流和噪声 暗电流指没有光照情况下摄像管输出的电流。
暗电流来源： 光电发射型摄像管：主要是光电阴极的热发射、场 致发射和离子流等； 光电导型摄像管：主要来源于靶的暗电导，由靶材 和工艺决定。
视频信号输出
靶
信号板
光子
1) 利用信号板取出信号： 电子束
视
频
靶的积累面和扫描面在同侧
信
号
利用信号板取出信号
设因光照而产生的单元电容电 压降为ΔU，则扫描时电子束需 供电容器充电的电量为q=C ΔU， 则输出负载上流过的信号电流
电子枪扫描等效图
电子枪与信号板 组成回路
I q C U
TR
TR
2) 利用双面靶输出信号： 电荷积累面和扫描面在靶的两侧
3）二次电子导电积累
电子束 光电子 入射光
二次电子 透明支
导电层
撑膜 光电阴极
优点：靶面输出信 号，不用返转束
透明导电膜 （信号板）
二次电子导电层结构疏松，产生的二次
电子并不打出靶外，仍在层内运动。由
于信号板总是加固定正电压，二次电子
不断地流入信号板，靶的自由面（左面） 积累正电荷，形成电位图
4）电子轰击感应电导积累
Eb为入射照度；K1为常数；1描述摄像管的光电转
换特性。
对于电视系统，其光电转换特性由三部分组成
1）摄像管的光电转换特性 u K1Eb1 2）视频通道的转换特性 U K2u2
3）显像管的光电转换特性 B K3U 3
其中U为显像管输入视频信号电压，K1，K2，K3为特定 系数，B为屏幕亮度。
电视系统的转换特性 B KE
2、光谱响应特性： 主要取决于光电阴极和光电导面的光谱响应
3、光电转换特性（）和灰度 光电转换特性反映摄像管输出视频信号电压（或输出
信号电流）与入射光照度之间的关系。 摄像管输出视频信号电压（或电流）与入射照度不一
定是线性的，一般表示为
u K1Eb1
式中u为摄像管输出视频信号电压（或信号电流），
2、电荷存储（或电荷积累） 收集极
1）光电发射积累型 （镶嵌式光电阴极）
信 光号 电 云板 阴母 极片
输出
信号板：石墨导电层
光电发射积累型
信号：光电阴极发射的电子数
或因电子发射而提高的光电阴极正电位
2）二次电子发射积累型
收集网
光电阴极
发射靶
光电子
二次电子 二次电子发射积累型
靶面形成与入射光图 像对应的正电位分布
第二节 摄像管
一、作用及分类 摄像管：把可见光或不可见光（红外、紫外或X射 线等）图象通过电子束扫描后转换成相应电信号， 再通过显示器件成像。 作用：在电视发送端将空间分布的光学图象转换成 视频信号
分类：
按光电变换形式分类 外光电效应：光电发射型摄像管 内光电效应：视象管
按电荷积累方式分类： 1、光电发射积累型 2、二次电子发射积累型 3、二次电子导电积累型 4、电子轰击感应电导积累 5、光电导积累型
设ib为扫描电子束流，ir为从靶像素上反射的电流（或二 次发射电流），q为电子束中和靶某一像素电位所需电 荷，TR为阅读一像素所需时间。平衡时
ib TR ir TR q
电子束阅读靶信号，无论是上靶电子、反射电子还是 从靶上打出的二次电子，都直接受靶面电位的调制。
对于每一像素而言，扫描时间为TR ，积 分时间为(N-1)TR ，其中N为像素点个数
双面靶
电子束
二次电子
光电子 反射电子
利用双面靶取出信号
ir为输出
三、摄像管的主要特性参数 1、灵敏度：表示为获得给定质量的图像或给定的信噪比，
图像所需的最小照度；或者在规定的输入照度下，摄 像管的输出信号电流。 一般表示为：
S I s 106 (A lm)
At E
式中Is为输出信号电流(A)，At为靶面扫描面积 (mm2)，E为靶面上的照度(lx)。
边境边防安全监控； 金融、商贸、文物、机要、枪支弹药库、 危险物品库等重要场所安全监控；
入射光 光电子发射
光电阴极光电 变换示意图
2）光电导体 光照时靶的电导率升高，正电荷顺电
场方向移动而积累，电位升高，升高量与 光照相对应。
10V 0V
E 光电导体光电 变换示意图
光电转 换介质
外光电效应
光电发射体
内光电效应
光电导体
变换方式
光电子发射
导体内有电流
wk.baidu.com信号
发射的电子数或 移走的电子数或 留下的正电荷数 留下的正电荷数
1 2 3 ，K为比例常数。
若 1 ，则亮区灰度压缩，暗区灰度伸张； 若 1，则亮区灰度伸张，暗区灰度压缩。
4、分辨率 分辨率是衡量摄像管分解图象细节的能力，以在等
于光栅高度范围内能分辨的等宽黑白条纹数来表示。 有水平分辨率和垂直分辨率之分
5、惰性 摄像管的惰性指光敏面上照度变化时，信号电流
噪声类型如下：
1）光子、光电子、二次发射电子、扫描电子的 散粒噪声；
2）PN结载流子扩散的散粒噪声
3）载流子产生符合噪声
4）热噪声 5）噪声
6）预放噪声
视象管
超正摄象管
二次电子传导摄象管
四、 应用
应用领域：早期电视信号的拍摄 微光电视：与微光管级联
军事：武器瞄准、夜间飞行； 民用：公安部门缉私、缉毒、警侦、追捕；