光電轉換原理及電光轉換原理

光電轉換原理光電轉換是靠攝像管來完成的，其結構如圖1-4所示：圖1-4光電導攝像管⑴組成電子槍燈絲用來加熱陰極陰極發(fā)射電子柵極控制電子流的大?。ǖ谝魂枠O）加速極（A1），加有300V電壓（第二陽極）聚焦極（A2）加有0-300V的電壓網(wǎng)電極與A2連在一起，在靶前形成均勻減速電場，從而使電子束在靶面能均勻垂直上靶。xx靶光敏靶是由幾層不同的半導體材料構成的，其厚度只有10-20.m。朝向景物的一側是信號板也叫信號電極，它是噴涂在玻璃上的一層透明金屬導電層，在信號板的另一側，則蒸鍍了一層具有內光電效應的光敏半導體材料。該材料在光的照射下電導率增加（即電阻減少），被攝景物各部分亮度不同，靶面上各部分的電導率相應變化，與較亮像素對應的靶單元電阻較小，而且各靶單元相互絕緣。于是圖像上的不同亮度就變成了靶面上各單元的不同電導率（即電阻）。⑵工作過程當攝像管加上正常的工作電壓時，陰極便向外發(fā)射電子，并在加速極和聚焦電場的作用下，形成很細的一束電子流射向靶面，如圖1-5所示。當電子束射向靶面某點時，便把該點對應的等效電阻R接入信號檢，并與負載電阻RL、電源E構成一個回路。如下圖，于是回路便有電流產(chǎn)生，即I=E/（RL+R1））當對應的像素發(fā)生變化時，R便發(fā)生變化，于是I也發(fā)生變化。I流過負載RL時，在RL兩端形成變化的電壓VRL，由于這個電壓反應了對應像素亮度隨時間的變化，因而便為圖像信號。當在偏轉磁場的作用下，電子束按照從左到右，從上到下的規(guī)律掃描靶面上各像素點時，便把按平面分布的各個像素的亮度依次轉換成按時間順序傳送的電信號，實現(xiàn)了圖像的分解與光電轉換。圖1-5光電轉換原理示意圖⑶圖像信號的極性正極性。被攝景物上的像素越亮，對應的信號電平越高，稱正極性。負極性。被攝景物上的像素越亮，對應的信號電平越低，稱負極性。電光轉換原理電光轉換是靠顯像管來完成的。其結構如下圖1-6所示。圖1-6顯像管結構示意圖⑴結構①電子槍燈絲陰極柵極加速極（第一陽極）二、四陽極（高壓XX）聚焦極（第三XX）玻璃外殼A管頸（內裝電子槍）B玻璃錐體：將幕面玻璃與管頸連接起來，內外層均涂有石墨層，它主要有三個作用：第一是內壁石墨層與高壓極連接，形成等電位空間，以保證電子束高速運動；第二是外壁石墨層接地，與內壁石墨層一起形成一個500-1000PF的電容，作濾波用；第三是內石墨層的黑色，可充分吸收管內的雜散光，提高對比度。C熒光屏：是顯像管的發(fā)光面，電光轉換是由它來完成的。在熒光屏內側涂有熒光粉，當電子束轟擊熒光粉時，熒光粉發(fā)光，電子束電流越強，發(fā)光越亮，從而完成電光轉換。d鋁背：顯像管雖抽了真空，但仍殘留有氣體離子。另外，從陰極也會發(fā)射一定離子，離子質量比電子大幾千倍，只能在偏轉磁場作用下作少量偏轉，因此會固定轟擊屏幕中心部分，使熒光粉老化形成暗區(qū)。蒸鍍鋁背可避免這種現(xiàn)象。因為離子速度慢、體積大，不能穿過鋁背到達熒光屏。⑵工作原理顯像管出現(xiàn)光柵或顯示圖像是靠在柵極與陰極間施加不同電壓，以控制陰極電流iK的大小而實現(xiàn)的。當無圖像信號輸入時，柵陰極間加的是直流負電壓，約負十幾伏，只要數(shù)值適當，有掃描電流作用下，射向屏幕各點的電子束處處相等（因iK為一直流電源），因而屏幕上顯示的是亮度均勻的光柵。當有圖像信號輸入時，柵陰極間在原電流負壓的基礎上疊加了圖像信號，如圖1-7所示。為一行電視信號。t1-t2是消隱信號，電平很高，它將使iK=0，在屏幕上無回掃亮線；t2-t7為行掃描正程時間，出現(xiàn)圖像信號，其中t2-t3、t4-t5、t6-t7的圖像信號電平較低，即|-Ugk|值很小，iK很大，這期間屏幕上出現(xiàn)白色。t4-t5、t6-t7圖像信號電平較高，|-Ugk|極大，iK小，這期間屏幕上出現(xiàn)黑灰色，于是屏幕上出現(xiàn)了三白兩灰的圖像。圖1-7顯像管顯像原理圖3.光電與電光轉換過程中的非線性⑴電視系統(tǒng)對光電、電光轉換及傳輸信道的要求設發(fā)端原景物的亮度為B0，經(jīng)光電轉換、傳輸信道，再經(jīng)電光轉換后，重現(xiàn)的亮度為B0,要保證不失真的重現(xiàn)圖像必須使Bd與B0成性線關系，即Bd=KB0（K為常數(shù)）（1-5）這就要求從攝像（取）到重現(xiàn)的整個電視系統(tǒng)必須是線性的。①電視系統(tǒng)存在的非線性攝像管的非線性失真設攝像管的輸出電壓為E0,則E0=K110rB（1-6）式中K1為常數(shù)1為攝像管的非線性失真系數(shù)，一般情況1<1,目前可達到1=1傳輸信道的非線性失真設傳輸信道的輸入為￡0,輸出（即顯像管陰極）為Ed,則Ed=K220rE（1-7）式中K2為常數(shù)2為傳輸系統(tǒng)的非線性失真系數(shù)，通過調整電路，可使2=1顯像管的非線性失真加到顯像管陰極電壓為Ed,經(jīng)電光轉換后重現(xiàn)的亮度為Bd,則Bd=3K3rdE(1-8)式中3K為常數(shù)3為顯像管的非線性失真系數(shù)，該值一般為3=2-3間于是，整個系統(tǒng)的亮度傳輸特征為：Bd=3K3rdE=3K(K220rE)3=3K[K2(K110rB)2]3=3K.K23.K132 .B0321=KB0(1-9)式中K=3K.K23.K132 (為常數(shù))=1.2.3(為整個系統(tǒng)非線性失真)由上式可見：重現(xiàn)圖像的亮度與原景物的亮度是非線性關系，這種非線性關系稱為特性。主要是由顯像管的電光轉換造成。②非線性失真對圖像的影響假設傳送的是一幅亮度均勻由黑變白的豎條，其一行的亮度波形是一階梯波，如圖1-8所示。當=1時，不失真，如圖（a）當>1產(chǎn)生失真，如圖（b）,即亮區(qū)的對比度加大，亮度層次受到擴張，暗區(qū)的對比度減小，亮度層次受到壓縮。當<1也產(chǎn)生失真，如圖（b），只是產(chǎn)生了相反壓縮與擴張。當上述失真達到一定程度后，重現(xiàn)圖像就明顯失去了原景物的豐富層次。消除的方法（校正）因為電視接收機為廣大用戶所有，為使接收設備簡化，這種失真的校正是在電視臺的圖像信號產(chǎn)生部分進行的。其校正的方法是在攝像端的視頻通道中設置一級非線性放大器，調正該放大器的非線性，使整個傳輸信道的非線性失真系數(shù)為：2=1/（1.3）（因1和3是由攝像管和顯像