光电转换原理

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1、光电转换原理　　在电视系统中，光电转换是由发送端的摄像管来完成。其工作原理与所使用的摄像材料有关。摄像材料可分为两大类，即摄像管和CCD器件。　　　　●摄像管的光电转换原理　　摄像管主要利用了光电靶的光电效应原理和电子束的扫描来实现光电转换。常用的摄像管有光电导摄像管，其结构如图1（a）摄像管的结构示意图所示。这是一种电真空器件，在其圆柱形玻璃外壳内主要包含了光电靶和电子枪两个部分；在玻璃外壳外部有偏转线圈、聚焦线圈和校正线圈。　　　　　　　　图1摄像管的结构示意图　　电子枪的作用是产生一束聚焦很细的电子束，射向光电靶，在外加偏转磁场的作用下扫描光电靶上的电图像，形成图像信号

2、电流输出。电子枪由罩在真空玻璃管内的灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极、网电极等组成。　　光电靶的作用是将光学图像变成电子图像，然后通过电子束的扫描变成电信号。光电靶的结构如图1(b)光电靶结构所示。光电靶可由三硫化二锑(Sb2S3)或氧化铅(PbO)等光敏材料组成，其特性是在无光照时具有极高的电阻率，受光照以后电阻率会下降，而且电阻率的变化与光通量成正比。于是，当被摄的光学景物成像于光电靶上时，由于光学图像各部分的亮度不同，靶面上各处的电阻率也不同，图像亮处电阻小，图像暗处电阻大，这样就在靶面上形成了一幅与被摄光学图像明暗分布相对应的电阻大小的分布图案，即电子图像。　　管

3、外的聚焦线圈用来对电子束进行聚焦，使电子束不致沿径向分散，从而保证摄像管有较高的分解力。偏转线圈有两对，分别用来产生水平偏转磁场和垂直偏转磁场，使管内的电子束在前进过程中实现水平和垂直方向的扫描。校正线圈的作用是将电子束校正到沿管轴方向运动。　　摄像管进行光电转换的基本工作原理如图1(c)电子束扫描光电靶示意图所示。当电子束沿水平方向在靶上一行一行地扫描时，相当于将靶面分解成许许多多彼此独立的靶单元，也就是像素单元。每个靶单元等效于一个光敏电阻R和一个电容C的并联。当电子束扫描到一个靶单元时，相当于将这一单元与电子枪的阴极接通，于是，信号板、靶单元、阴极、靶电源及负载电阻就构

4、成了一个闭合回路。摄像时，外界的光学景物通过摄像机的光学镜头成像于光电靶上，形成一幅电子图像。当电子束按一定顺序在靶面上扫描时，就会轮流接通各个靶单元，形成闭合回路。于是，对应于图像上的亮点，靶单元的等效电阻小，电子束扫描此单元时，在回路中产生的电流大，在负载RL上产生的压降就大，输出电压就小；反之，对应于图像上的暗点，靶单元的等效电阻大，电子束扫描此单元时，在回路中产生的电流小，在负载RL上产生的压降就小，输出电压就大。这样一来，输出信号电压的变化完全反映了图像亮暗的变化，这一信号就称为图像信号。这样就完成了将电子图像转换成电信号的过程。　　　　●CCD的光电转换原理　　目

5、前专业电视摄像机已都采用CCD摄像器件。其主要特性参数有：灵敏度、光谱特性、光电变换特性、分解力、惰性、信杂比、抗灼伤能力、工作寿命、耗电、可靠性等。　　　CCD是”电荷耦合器件”的缩写。它是以电荷的多少代表图像信号的亮暗、以时钟信号控制代替电子束扫描实现图像信号的摄取、变换和输出的。(语音导学)　　　　当MOS结构金属电极加上正电压（称为栅压）时，图中在P型半导体内部空穴被排斥，在绝缘层界面下形成一个空间电荷区（耗尽层）。随着增高，耗尽层深度增加，半导体内电子势能变低，电子有向电子势能低处移动的特点，因此耗尽层对电子象一个陷阱一样，称之为电子势阱。电子势阱可以用来存放电子，

6、电子电荷是通过光注入或电注入方式注入的外来信号电荷。电荷量大小由外来信号决定，与栅压无关。势阱内存储的电子电荷通常称为电荷包。其特点是：增加，势阱变深；减小，势阱变浅，势阱中的电子有向势阱深处移动的特点。　　●CCD工作原理　　CCD摄像器件的工作原理可简单概括如下：在CCD摄像器件的感光面上，分布有几十万甚至几百万个独立的铝电极，各自对应一个像素和势阱。摄像时，外界的光学景物通过摄像机的光学镜头成像于CCD的感光面上，使CCD内部产生电子－空穴对。其中，少数载流子被电场吸引到势阱中，形成电荷包。电荷包中电荷的数量与该处的光照强度成正比，这样就把景物的亮暗变成了电荷包中的电荷

7、多少，也就是将光学图像变成了由电荷包中电荷的多少来描述的电子图像，完成了光像到电像的转换。随后，在外加时钟脉冲的驱动下，各个势阱中的电荷包按一定顺序从CCD中转移出去，形成图像信号输出到外电路。