光电测试考试资料整理

5. 静电透镜的最本质特征是什么？

答：静电透镜是一种静电装置，它能产生特殊分布的静电场，并使通过其间的电子束聚焦或成像。

6. 什么叫荧光？什么叫磷光？

答 :[1] 荧光 : 晶态磷光体在受电子激发时产生的光发射 .[2] 磷光 : 停止电子激发后持续产生的光发射。

7 . 荧光屏表面蒸镀铝膜的作用是什么？

答：其作用为：引走积累的负电荷 ; 防止光反馈给光阴极 ; 使荧光屏形成等电位 ; 将光反射到输出方向。通常

的铝膜是在真壁状态下蒸镀的亮铝膜 ， 也可是在充氧气状态下蒸镀的黑铝膜 ， 后者有利于改善输出图像的对 比度。

8 . 荧光屏的转换效率与哪些因素有关？

答： P202, 粉层厚度、粒度、入射电子的能量及铝膜的影响

9. 光纤面板的传像原理是什么？光纤面板应用于像管有哪些优点？

答 :[1] 原理：光学纤维面板是基于光线的全反射原理进行传像的 , 由于光导纤维的芯料折射率高于皮料的折

射率 , 因此入射角小于全反射临界角的全部光线都只能在内芯中反射 。 所以每一根光导纤维能独 立地传递光

线，且相互之间不串光。由大量光导纤维所组成的面板则可以传递一幅光学图像。 [2] 优点：光学纤维面板

又使像增强器获得以下优点 : ① 增加了传递图像的传光效率 ; ② 提供了采用准球对称电子光学系统的可能性 ，

从而改善了像质 ; ③ 可制成锥形光学纤维面板或光学纤维扭像器。第七章： 1. 什么是摄像管 ? 它是怎样完成摄像过程的 ?

答 :[1] 电视摄像管是将 2 维空间分布的光学图像转换为 1 维时间变化的视频电信号的过程 。 完成这一过程的器

件称为电视摄像管 。 [2] 摄像过程主要分 3 个步骤 : ? 接收输入图像的辐照度进行光电转换 ， 将 2 维光强转化为

2 维空间分布的电荷量 ? 电荷存储元件在一帧周期内连续积累光敏元件产生的电荷 ， 并保持电荷的空间分布 ，

这一存储电荷的元件称之为靶 ? 电子枪产生 2 维扫描的电子束，在一帧周期内完成全靶面的扫描，在输出电

路上产生与被扫描点光照度强度成比例的电信号，即视频信号 . 2. 摄像管的工作原理是什么 ? 简述视频信号的形成过程 .

答：其主要由光电变换与存储部分和信号阅读部分两大部分组成。分为四步：

(1) 光电变换部分：将光学图像变成电荷图像的任务由光电变换部分完成，该部分由光敏元件构成，常用的

材料有光电发射体和光电导体 (2) 电荷存储与积累部分：由于光电变换所得的瞬时信号很弱，所以现在摄像

管均采用电荷积累元件。它在整个帧周期内连续地对 图像上的任一像元积累电荷信号。因为要积累和存储

信号，所以在帧周期内要求信号不能泄漏。因此，要求电位起伏存储元件应具有足够 的绝缘能力。常见的

存储方式 ： 二次电子发射积累 ， 二次电子导电积累 ， 电子轰击感应电导积累 ， 光电导积累 ； （ 3 ） 信号阅读部 分 ： 从靶面上取出信号的任务由阅读部分来完成 。 阅读部分通常是扫描电子枪系统 ， 它由细电子束的发射源 、

电子束 g 聚焦系统和电子束偏转系统三部分组成 ； （ 4 ）视频信号的形成。 3. 摄像管的结构由几部分组成 ? 各部分的作用是什么 ?

答： (1) 光电变换部分：将光学图像变成电荷图像的任务由光电变换部分完成，该部分由光敏元件构成，常

用的材料有光电发射体和光电导体 (2) 电荷存储与积累部分：由于光电变换所得的瞬时信号很弱，所以现在

摄像管均采用电荷积累元件。它在整个帧周期内连续地对 图像上的任一像元积累电荷信号。因为要积累和 存储信号，所以在帧周期内要求信号不能泄漏。因此，要求电位起伏存储元件应具有足够 的绝缘能力。常 见的存储方式 ： 二次电子发射积累 ， 二次电子导电积累 ， 电子轰击感应电导积累 ， 光电导积累 ； （ 3 ） 信号阅 读部分 ： 从靶面上取出信号的任务由阅读部分来完成 。 阅读部分通常是扫描电子枪系统 ， 它由细电子束的发

射源、电子束 g 聚焦系统和电子束偏转系统三部分组成 ； （ 4 ）视频信号的形成。 4. 摄像管产生惰性的主要原因是什么 ? 怎样减小这些惰性 ? 摄像管的分辨力是怎样定义的 ? 采用什么单位 ? 答 : [1] 摄像管的惰性 ： 在摄取动态图像时 ， 摄像管的输出信号滞后于输入照度的变化 ， 这一现象称为惰性 。

入照度增加时，输出信号的滞后称为上升惰性 ; 当输入照度减小时，输出信号的滞后称为衰减惰性。对于电

视摄像管的惰性指标 ， 通常采用输入照度截止 后第三场和第十二场 ( 以帧周期 0.04s 计 ， 为 60ms 和 240ms) 剩

余信号 所占的百分数来表示 。 摄像管产生惰性的主要原因有两个 : 一是图像写入时的 光电导惰性 ; 二是图像

读出时扫描电子束的等效电阻与靶的等效电容所构成的充放电惰性。

[2] 减小摄像管的电容性惰性 , 采取的措施有 : ① 减小靶的等效电容 ② 降低电子束的等效电阻 ③ 在低照度摄像 时增加背景光

[3] 摄像管的分辨力 ： 电视摄像管摄像时的对图像细节的分辨能力是一项重 要的性能指标 。 由于电视系统采

用扫描方式 ， 故分辨力在垂直和水平方向上一般是不同的 。 因而 ， 通常分成垂直分辨力和水平分辨力 ， 即以

画面垂直方向或水平方向尺寸内所能分辨的黑白条纹数来表示。这一极限分辨的线条数简称为电视线 (TVL)

(1) 垂直分辨力：在整个画面上，沿垂直方向所能分辨的像元数或黑白相间的水平等宽矩形条纹数，称为垂

直分辨力。例如若能够分辨 600 行，即 称垂直分辨力为 600 TVL 。 (2) 水平分辨力： 整个画面上，沿水平方

向所能分辨的像元数，称为 水平分辨力，习惯上用电视线 (TVL) 表示。

[4] 采用 单位： lp/mm

5. 简述光电导摄像管的工作原理，指出光电导靶的特点。

答 : [1] 工作原理： 光电导摄像管是利用内光电效应将输入的光学辐射图像变换为电信号的视像管。在视像

管中 ， 光电导靶面既作为光电变换器 ， 又作为电信号存储与积累器 。 因此 ， 这种摄像管结构简单 。 组成视像

管的主要部件是光电导靶 、 扫描电子枪 、 输出信号电极和保持真空的管壳 。 光电导靶被设置在摄像管中透明

输入窗的内表面上。在面对输入窗的靶面上蒸镀二氧化锡 (Sn0 ) 透明导电膜，由这一导电膜作为输出信号

电极。视像管靶在输入光学图像的作用下产生与像元照度相对应的电荷 ( 电位 ) 图像，通过扫描电子枪电子束 对图像顺序扫描 产生视频信号输出。

[2] 特点 ： 1 ） 硫化锑管 ： 工艺简单 ， 价格低 ， 成品率高 ； 2 ） 氧化铅管 ： 暗电流很小 ， 惰性低 ， 灵敏度高 ，

分辨力高 ， 是理想的广播电视级摄像管 ； 3 ） 硅靶管 ： 寿命长 ， 光谱灵敏度高且范围宽 ， 分辨力低 ， 暗电流

大 ； 4 ） 硒化镉管 : 极高的光电灵敏度 ， 较低的暗电流 ， 宽光谱响应 ， 分辨力较高 ， 惰性大 。 被认为有前途 ; 5 ）硒砷碲管 : 光谱响应宽，暗电流低，分辨力高，价格低于氧化铅。被认为有竞争力 ； 6 ）硫化锌镉管 : 光电灵 敏度非常高，适于在低照度下工作。

6. 热释电摄像管的靶有什么特点？具有什么性质？

答 : [1] 特点： 热释电摄像管与普通光电导摄像管在结构上类似，只是以热释电靶代替了光电导靶，但是两

者之间存在着根本的区别 。 首先 ， 热释电靶是利用热释电效应来工作的 ， 而热释电效应仅对随时间变化的热 辐射有响应 ， 所以热释电靶在工作时需要交变的入射辐射 ， 即要对入射辐射进行调制 。 其次 ， 由于热释电靶 是近乎完美的绝缘体 ， 容易积累电荷而使电子束不能连续工作 ， 为此要设法消除靶面的负电荷积累 ， 所以调

制入射辐射和消除负电荷积累成为热释电摄像管的两个特殊的问题。 [2] 性质：其工作时电压随温度变化而变化 7. 什么叫热释电效应？试叙述之。

答 : 热释电效应是少数介电晶体所特有的一种性质，这种效应可表述为 : 晶体在没有外加电场和应力的情况 下 ， 它具有自发的或永久的极化强度 ， 且这种电极化强度随晶体本身温度的变化而变化 。 当温度降低时电极 化强度升高 ， 当温度升高时电极化强度降低 。 使电极化强度降低到零时的温度称为居里温度 。 具有热释电效

应的晶体在固体物理学中称之为铁电体 。 8. 为什么热释电摄像管工作前要进行单畴化？

答 : 热释电摄像管在工作时 ， 靶必须处于自发电极化的状态 ， 即电极化的极轴方向应垂直于靶面 。 通常在制

靶时及靶产生退极化时 ， 都要进行单畴化 ， 使之形成最大的自发电极化强度。 第八章

1. 简述 CCD 工作时的电荷耦合原理（作简图）

答 : [1] 假定开始有一些电荷存储在偏压为 20V 的第二个电极下面的势阱里 ， 其他电极上均加有大于阈值得较低电压 （ 例

如 2V ） 。 设 a 图为零时刻 ， 经过一段时间后 ， 各电极的电压发生变化 ， 第二个电极仍保持 10V ， 第三个电极上的电压由 2V

变为 10V ，因这两个电极靠的很近（几个微米 ） ，它们各自的对应势阱将合并在一起。原来在第二个电极下的电荷变为

这两个电极下势阱所共有。如图 b ＆ c 。若此后第二个电极上的电压由 10V 变为 2V ，第三个电极电压仍为 10V ，则共有的

电荷转移到第三个电极下的势阱中，如图 e 。由此可见，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。

[2] 通过将一定规则变化的电压加到 CCD 各电极上 ， 电极下的电荷包就能沿半导体表面按一定方向移动 。 通常把 CCD 电极

分为几组 ， 并施加同样的时钟脉冲 。 如图 f ， 为三相时钟脉冲 ， 此种 CCD 称为三相 CCD.CCD 电极间隙必须很小 ， 否则被电 极间的势垒所间隔 。 产生完全耦合条件的最大间隙一般由具体电极结构 ， 表面态密度等因素决定 。 间隙长度应小于 3um 。

3. 以三相 CCD 为例，说明决定其工作频率的上下限因素是什么？

答 : 为避免由于热产生的少数载流子对注入信号的干扰 ， 注入电荷从一个电极转移到另一个电极所用的时间

必须小于少数载流子的平均寿命 , 对于三相 CCD ,t 为： t=T/3=1/3f, 故， f>1/3 ζ . 4. 什么叫 CCD 的转移效率，怎样计算？提高转移效率有哪几种方法？

答 : [1]CCD 转移效率：一次转移后，到达下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷

之比。 造成电荷转移损失的主要因素有三个 : 即转移速度快慢、界面态俘获和极间势垒。 [2] 计算方法： h ------------------------------------------------------------------

[3] 提高转移效率 方法：1 ）电荷转移速度：在时钟脉冲较低时，损失效率为常数，频率高时 ， 损失率增大。 2 ）界面态俘获：解决

方法－ \胖零 \工作模式 ， 通过用一定数量的基地电荷先将界面态填满 ， 当信号电荷注入时 ， 信号电荷被俘 获的几率变小 ， 而界面态释放出来的电荷又可以跟上原来的电荷包 。 从而在一定程度上减小了界面态带来的

损失。－ \信号时，也有基地电荷注入。 3 ）极间势垒：解决方法：尽量减小极间距，采用高阻衬底。

5. CMOS 成像原理， CMOS 和 CCD 工作原理的不同？

答 : [1] CMOS 成像原理：典型的 CMOS 成像器件由光敏元阵列和辅助电路构成。

1) 光敏元阵列 ： 完成光电转换的功能 。 辅助电路 ： 完成驱动信号的产生 ， 光电信号的处理输出等任务 。 2) 每个光敏元都

有其 x 、 y 方向上的地址 ， 可分别由两个方向的地址译码器进行选择 ; 3) 每列光敏元都对应一个列放大器 ， 列放大器的输

出信号与 X 方向地址译码控制的模拟多路开关相连 4) 实际工作时 , CMOS 传感器在 Y 方向地址译码器控制下 , 依次接通每

行光敏元的模拟开关 ， 信号通过行开关送到列线上 ， 通过 X 方向地址译码器的控制 ，