光電成像器件工作原理

像管包括各種變像管、像增強(qiáng)器和電子攝像管。這類器件一般由光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)和熒光屏（或膠片）組成。人眼不便直接觀察的輻射圖像投射到光電陰極，因光電效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訄D像，經(jīng)電子光學(xué)系統(tǒng)傳送到熒光屏上，并轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度和波長(zhǎng)范圍都適合觀察或處理的圖像。

攝像管的基本結(jié)構(gòu)包括光電陰極、靶面及掃描段。光電陰極上的光電子圖像投射到靶面上，變換為電荷潛像，掃描段通過(guò)電子槍與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)細(xì)電子束對(duì)靶面的掃描，并將上面的電荷潛像轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號(hào)。有的攝像管在光電陰極和靶面之間增設(shè)移像段，幫助光電子圖像的轉(zhuǎn)移。

20世紀(jì)70年代以來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的電荷耦合器件（CCD）是應(yīng)用最廣的固體成像器件。結(jié)構(gòu)是硅單晶襯底上生長(zhǎng)一層厚度約100納米的二氧化硅，上面沉積金屬電極及輸入和輸出端。CCD的優(yōu)點(diǎn)是將光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)的存取集中在一個(gè)支撐件上，體積小巧，工作可靠，且具有大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度、低噪聲。帶像增強(qiáng)器的CCD（ICCD）器件及背照式CCD（EBCCD）等，更是實(shí)現(xiàn)了以小型化裝置對(duì)微弱光成像的功能。

光電成像器件的作用是光電轉(zhuǎn)換﹐增強(qiáng)原始輸入光子信號(hào)，進(jìn)而提高圖像探測(cè)的效率和精度。按工作原理和結(jié)構(gòu)的不同分為：①像增強(qiáng)器；②電子照相機(jī)；③電視型探測(cè)器；④固體二極管陣列。電視型探測(cè)器用來(lái)將圖像信息轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，記錄到磁帶上，或存儲(chǔ)于電子計(jì)算機(jī)中，或在接收機(jī)上再轉(zhuǎn)變成可見圖像。通常是對(duì)圖像上的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行逐行掃描，按固定時(shí)間順序，對(duì)每個(gè)點(diǎn)取樣而完成轉(zhuǎn)換。

普通電視攝像管不能滿足天文觀測(cè)的高精度、低噪聲要求。二次電子導(dǎo)電式光導(dǎo)攝像管（SEC管），能在靶上積累二次電子長(zhǎng)達(dá)好幾小時(shí)之久，而且存儲(chǔ)電荷圖像不發(fā)生變化，有效地克服掃描電子束的讀出噪聲。它的缺點(diǎn)是響應(yīng)特性的非線性和動(dòng)態(tài)范圍有限。但它同另一種硅增強(qiáng)靶光導(dǎo)攝像管一樣，都已有效地用于天文觀測(cè)。還有一種數(shù)字化圖像探測(cè)器系統(tǒng)，采用多級(jí)像增強(qiáng)器為前級(jí)，輸入光信號(hào)產(chǎn)生的效應(yīng)大大增強(qiáng)后，再輸給電視攝像管。每個(gè)被探測(cè)的光子都能在攝像管靶面上產(chǎn)生包含幾十萬(wàn)個(gè)電子的脈沖信號(hào)，足以超過(guò)掃描電子束的讀出噪聲而被識(shí)別出來(lái)。脈沖信號(hào)輸給專用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)和電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。這種系統(tǒng)具有幾乎無(wú)限的存儲(chǔ)本領(lǐng)，不存在微光極限閾，并且具有線性響應(yīng)和良好的穩(wěn)定性，能對(duì)暗弱天體進(jìn)行精密的測(cè)光研究。目前，已有幾種這類儀器的實(shí)用系統(tǒng)投入常規(guī)天文觀測(cè)。

固體二極管陣列是利用集成電路工藝技術(shù)研制的硅光電二極管陣列探測(cè)器。它與上述電真空器件相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、功率低、速度快、無(wú)畸變、無(wú)滯后、工作條件要求低、容易保養(yǎng)和多用途等優(yōu)點(diǎn)。首先在天文上應(yīng)用的集成硅二極管直線陣列，由兩條平行的硅二極管線列構(gòu)成。每個(gè)二極管單元線度約25微米，非常適合作為天文光譜研究的探測(cè)器使用。在二維二極管陣列中，電荷耦合器件（CCD）和電荷注入器件（CID）已應(yīng)用于天文觀測(cè)，并受到重視。

本書分為5章，首先介紹光電器件的基礎(chǔ)知識(shí)和光電器件的發(fā)展趨勢(shì)，然后介紹光電檢測(cè)器件、半導(dǎo)體激光器件、光電成像器件和光電顯示器件等光電器件的結(jié)構(gòu)、符號(hào)、工作原理、工作特性和各類器件在各方面的應(yīng)用，特別詳細(xì)介紹了LED顯示屏的組裝、調(diào)試、安裝、維護(hù)、維修等。本書為光電專業(yè)必修課教材，為學(xué)習(xí)其他專業(yè)課奠定了必要的基礎(chǔ)。本書是理論和實(shí)踐相結(jié)合的一體化教材，設(shè)計(jì)了9個(gè)技能實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，內(nèi)容廣泛，設(shè)計(jì)了知識(shí)拓展使得內(nèi)容更豐富。

本書以編者多年從事光電傳感技術(shù)及其應(yīng)用方面的研究為基礎(chǔ)，結(jié)合編者在光電傳感技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果，參考近年來(lái)光電傳感技術(shù)的最新進(jìn)展，主要講述了光電傳感系統(tǒng)中所涉及的基礎(chǔ)理論、光（輻射）源、光電導(dǎo)器件、結(jié)型光電器件、光電發(fā)射器件、光電成像器件、平板顯示器件及各種光電器件的典型應(yīng)用。全書內(nèi)容豐富，概念清晰，能引導(dǎo)讀者正確掌握光電傳感器件的基本原理、使用技巧和光電測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法。本書力求為測(cè)控技術(shù)與儀器、光電信息科學(xué)與工程、電子信息工程等專業(yè)的本科生及儀器科學(xué)與技術(shù)、光學(xué)工程、信息與通信工程等學(xué)科的研究生和工程技術(shù)人員提供光電傳感系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的基本理論、先進(jìn)的前沿技術(shù)和最新方法。