光電轉(zhuǎn)換原理

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1、光電轉(zhuǎn)換原理　　在電視系統(tǒng)中，光電轉(zhuǎn)換是由發(fā)送端的攝像管來完成。其工作原理與所使用的攝像材料有關(guān)。攝像材料可分為兩大類，即攝像管和CCD器件?！　　　　駭z像管的光電轉(zhuǎn)換原理　　攝像管主要利用了光電靶的光電效應(yīng)原理和電子束的掃描來實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。常用的攝像管有光電導(dǎo)攝像管，其結(jié)構(gòu)如圖1（a）攝像管的結(jié)構(gòu)示意圖所示。這是一種電真空器件，在其圓柱形玻璃外殼內(nèi)主要包含了光電靶和電子槍兩個(gè)部分；在玻璃外殼外部有偏轉(zhuǎn)線圈、聚焦線圈和校正線圈。　　　　　　　　圖1攝像管的結(jié)構(gòu)示意圖　　電子槍的作用是產(chǎn)生一束聚焦很細(xì)的電子束，射向光電靶，在外加偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下掃描光電靶上的電圖像，形成圖像信號(hào)

2、電流輸出。電子槍由罩在真空玻璃管內(nèi)的燈絲、陰極、控制柵極、加速極、聚焦極、網(wǎng)電極等組成?！　」怆姲械淖饔檬菍⒐鈱W(xué)圖像變成電子圖像，然后通過電子束的掃描變成電信號(hào)。光電靶的結(jié)構(gòu)如圖1(b)光電靶結(jié)構(gòu)所示。光電靶可由三硫化二銻(Sb2S3)或氧化鉛(PbO)等光敏材料組成，其特性是在無光照時(shí)具有極高的電阻率，受光照以后電阻率會(huì)下降，而且電阻率的變化與光通量成正比。于是，當(dāng)被攝的光學(xué)景物成像于光電靶上時(shí)，由于光學(xué)圖像各部分的亮度不同，靶面上各處的電阻率也不同，圖像亮處電阻小，圖像暗處電阻大，這樣就在靶面上形成了一幅與被攝光學(xué)圖像明暗分布相對(duì)應(yīng)的電阻大小的分布圖案，即電子圖像?！　」?/p>

3、外的聚焦線圈用來對(duì)電子束進(jìn)行聚焦，使電子束不致沿徑向分散，從而保證攝像管有較高的分解力。偏轉(zhuǎn)線圈有兩對(duì)，分別用來產(chǎn)生水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和垂直偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使管內(nèi)的電子束在前進(jìn)過程中實(shí)現(xiàn)水平和垂直方向的掃描。校正線圈的作用是將電子束校正到沿管軸方向運(yùn)動(dòng)?！　z像管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的基本工作原理如圖1(c)電子束掃描光電靶示意圖所示。當(dāng)電子束沿水平方向在靶上一行一行地掃描時(shí)，相當(dāng)于將靶面分解成許許多多彼此獨(dú)立的靶單元，也就是像素單元。每個(gè)靶單元等效于一個(gè)光敏電阻R和一個(gè)電容C的并聯(lián)。當(dāng)電子束掃描到一個(gè)靶單元時(shí)，相當(dāng)于將這一單元與電子槍的陰極接通，于是，信號(hào)板、靶單元、陰極、靶電源及負(fù)載電阻就構(gòu)

4、成了一個(gè)閉合回路。攝像時(shí)，外界的光學(xué)景物通過攝像機(jī)的光學(xué)鏡頭成像于光電靶上，形成一幅電子圖像。當(dāng)電子束按一定順序在靶面上掃描時(shí)，就會(huì)輪流接通各個(gè)靶單元，形成閉合回路。于是，對(duì)應(yīng)于圖像上的亮點(diǎn)，靶單元的等效電阻小，電子束掃描此單元時(shí)，在回路中產(chǎn)生的電流大，在負(fù)載RL上產(chǎn)生的壓降就大，輸出電壓就?。环粗?，對(duì)應(yīng)于圖像上的暗點(diǎn)，靶單元的等效電阻大，電子束掃描此單元時(shí)，在回路中產(chǎn)生的電流小，在負(fù)載RL上產(chǎn)生的壓降就小，輸出電壓就大。這樣一來，輸出信號(hào)電壓的變化完全反映了圖像亮暗的變化，這一信號(hào)就稱為圖像信號(hào)。這樣就完成了將電子圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過程?！　　　　馛CD的光電轉(zhuǎn)換原理　　目

5、前專業(yè)電視攝像機(jī)已都采用CCD攝像器件。其主要特性參數(shù)有：靈敏度、光譜特性、光電變換特性、分解力、惰性、信雜比、抗灼傷能力、工作壽命、耗電、可靠性等?！　　CD是”電荷耦合器件”的縮寫。它是以電荷的多少代表圖像信號(hào)的亮暗、以時(shí)鐘信號(hào)控制代替電子束掃描實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)的攝取、變換和輸出的。(語音導(dǎo)學(xué))　　　　當(dāng)MOS結(jié)構(gòu)金屬電極加上正電壓（稱為柵壓）時(shí)，圖中在P型半導(dǎo)體內(nèi)部空穴被排斥，在絕緣層界面下形成一個(gè)空間電荷區(qū)（耗盡層）。隨著增高，耗盡層深度增加，半導(dǎo)體內(nèi)電子勢(shì)能變低，電子有向電子勢(shì)能低處移動(dòng)的特點(diǎn)，因此耗盡層對(duì)電子象一個(gè)陷阱一樣，稱之為電子勢(shì)阱。電子勢(shì)阱可以用來存放電子，

6、電子電荷是通過光注入或電注入方式注入的外來信號(hào)電荷。電荷量大小由外來信號(hào)決定，與柵壓無關(guān)。勢(shì)阱內(nèi)存儲(chǔ)的電子電荷通常稱為電荷包。其特點(diǎn)是：增加，勢(shì)阱變深；減小，勢(shì)阱變淺，勢(shì)阱中的電子有向勢(shì)阱深處移動(dòng)的特點(diǎn)?！　　馛CD工作原理　　CCD攝像器件的工作原理可簡(jiǎn)單概括如下：在CCD攝像器件的感光面上，分布有幾十萬甚至幾百萬個(gè)獨(dú)立的鋁電極，各自對(duì)應(yīng)一個(gè)像素和勢(shì)阱。攝像時(shí)，外界的光學(xué)景物通過攝像機(jī)的光學(xué)鏡頭成像于CCD的感光面上，使CCD內(nèi)部產(chǎn)生電子－空穴對(duì)。其中，少數(shù)載流子被電場(chǎng)吸引到勢(shì)阱中，形成電荷包。電荷包中電荷的數(shù)量與該處的光照強(qiáng)度成正比，這樣就把景物的亮暗變成了電荷包中的電荷

7、多少，也就是將光學(xué)圖像變成了由電荷包中電荷的多少來描述的電子圖像，完成了光像到電像的轉(zhuǎn)換。隨后，在外加時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)下，各個(gè)勢(shì)阱中的電荷包按一定順序從CCD中轉(zhuǎn)移出去，形成圖像信號(hào)輸出到外電路。