熱釋電攝像管是利用熱釋電材料作為靶材的攝像管，它是一種可以工作在紅外光頻譜區的熱成像器件，所以是一種紅外攝像管，其工作波段為8um~14um，也稱為熱電視像管。
基本介紹
- 中文名：熱釋電攝像管
- 類型：一種紅外成像器件
- 主要組成：靶面和電子槍
- 作用：將紅外圖像轉換成可見光圖像
熱釋電攝像管的發展,熱釋電效應的原理,熱釋電攝像管的結構,熱釋電攝像管的工作方式,熱釋電攝像管的工作特點,熱釋電攝像管的套用,
熱釋電攝像管的發展
鐵電體攝像管的歷史開始於1963年，是由法國南希大學的Hadni提出的。他在一個工作在介電模式的攝像管里使用了硫酸三甘鈦（TGS）。
為了得到好的靈敏度，晶體必須保持在49.2攝氏度的居里溫度附近。在居里溫度下介電常數可以從16200變化到15001。Le Carvennee在研究把TGS靶用於電子束掃描的熱成像攝像管時套用了這個原理（1969年），他利用一邊是金屬電極，另一邊是電子束在TGS靶上建立了一個電壓。
工作在介電模式下會存在以下問題：要製造出具有相同的居里溫度和極化曲線的大晶體切片，以及在靶面區域上保持一定的提升溫度都是很難實現的；太接近居里溫度工作會使電疇產生隨機改變。
1972年Charles和Le Carvennee在一個密封管里得到了5攝氏度的溫度解析度。
Pel’ta等人於1968年研製出另外一個建立在介電模式上的電晶體。
1963年Astheimer申請了熱釋電攝像管的第一個專利。它是建立在運用返回電子束正析模式的複雜機理上的，但沒有得到實現。
1968年Tompsett提出了一個簡單的工作在真正的熱釋電模式下的熱成像攝像管。
熱釋電效應的原理
熱釋電效應是少數介質晶體所特有的一種性質：這種晶體在沒有外加電場和應力的情況下，具有自發的或永久的極化強度，而且這種極化強度隨晶體溫度的變化而變化，溫度升高時極化強度降低，溫度降低時極化強度反而升高，這種變化導致在垂直於極化強度方向（極化軸）的晶體外表面上極化電荷的變化，其結果是在晶體兩端出現隨溫度變化的開路電壓。這種現象稱為熱釋電效應，是熱電效應的一種，這種極性晶體稱為熱電體。
熱電體產生的電壓只於材料溫度的變化有關，而與材料本身的溫度高低無關；而熱敏材料如熱電偶、熱敏電阻等的特性則取決於材料本身溫度的高低。熱電探測器主要用於紅外線、軟X射線和雷射的測量，紅外攝像管即其重要套用之一。目前最常用的適合紅外攝像管的熱釋電材料主要有硫酸三甘鈦（TGS）、鉭酸鋰（LT-LiTaO3）和鈮酸鍶鋇（SBN）3種。
如果以熱釋電材料作靶材，攝像管的信號板和掃描靶面正好處於熱電晶體極化軸的兩個垂直晶上，當有強度變化的紅外輻射圖像入射靶面時，在靶的掃描面上就會積累電荷，產生電位起伏，而且該電位高低與入射圖像的紅外輻射強度的變化，即靶材的溫度變化成正比，在電子束掃描靶面時，把靶電位降到陰極電位，同時從信號板產生熱圖像的視頻信號輸出。
熱釋電攝像管的結構
熱釋電攝像管與光電導視像管在結構上類似，只是以熱釋電靶代替了光電導靶（圖1-1所示），所以它也可以稱做熱釋電視像管。熱釋電攝像管主要包括兩個部分：由換能元件組成的光學成像面，稱為靶面；電信號掃描讀出機構，稱為電子槍。
圖1-1 熱釋電攝像管結構示意圖
圖1-1 熱釋電攝像管結構示意圖熱釋電攝像管的靶一般厚30um~50um，它的極化軸垂直於表面，表面經拋光後蒸鍍金屬（鎳、鉻或金）透明導電層作為信號板，信號板面對一般由鍺製成的紅外光輸入窗，靶的另一面作為掃描面，並鍍有保護層，其作用是防止靶收到離子的侵蝕作用，以改善輸出信號的均勻性和延長靶的壽命。
熱釋電攝像管的工作方式
1、 攝全景式
攝像時將攝像機相對被攝景物作平移運動或原地轉動。
2、 調製式
在攝像管前方安置機械調製器，該調製器周期地截止輸入輻射
兩種方式的對比為：攝全景式，使用方便，所成像沒有斑紋，但會產生熱像的位移，要在電路中進行補償；調製式，熱像和視場是穩定的，但每幀的電極性會發生交替變化，需要增加倒像處理電路。
熱釋電攝像管的工作特點
熱釋電攝像管的工作過程則與光電導視像管有根本區別，主要表現在以下兩個方面。
1、 靶面電荷圖像的閱讀。由於熱釋電效應產生的電荷是可正可負的，這取決於靶面溫度是升高還是降低，而掃描電子束中的電子只帶有負電荷。這樣，如果靶面上積累的是負電荷，再加上電子束掃描時上靶的電子，就有可能使靶面電位下降到低於陰極電位，電子就不能再繼續上靶，也就無法產生信號輸出。因此，必須要有一個正的偏壓作為基底，使得靶面溫度不論是上升還是下降，靶面電位不論如何變動，始終是正電位。
2、 入射熱圖像的調製。前已指出，熱釋電靶的電荷極積累是靠靶的溫度變化產生的，如果溫度不變，則電子掃描過後原來積累的電荷圖像被擦除後，就不能再產生新的圖像了，這是熱釋電攝像管的另一特殊問題。為了能獲得連續的圖像輸出，必須對熱釋電攝像管的入射圖像進行調製，使其紅外輻射不斷發生變化，從而靶溫也不斷變化，使圖像得以不斷再生。
