第六章 真空成像器件

第六章真空成像器件光電成像器件真空成像器件固體成像器件像管變像管像增強(qiáng)管攝像管光電發(fā)射型像管（攝像管）光電導(dǎo)型像管（視像管）無(wú)存儲(chǔ)直視不可見光可見光弱光強(qiáng)光有存儲(chǔ)非直視6.1像管變像管：能夠把不可見光的圖像變?yōu)榭梢姽獾膱D像圖像增強(qiáng)管：把亮度很低的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)楦吡炼鹊膱D像光電陰極電子透鏡螢光面照像機(jī)或人眼

像管結(jié)構(gòu)原理示意圖6.1.1像管結(jié)構(gòu)和工作原理光電陰極電子透鏡螢光面照像機(jī)或人眼

像管結(jié)構(gòu)原理示意圖1.光電陰極使不可見光圖像或亮度很低的光圖像轉(zhuǎn)化為電子圖像常用的光電陰極有：銀氧像光電陰極、單堿或多堿光電陰極、各種紫外光電陰極、及負(fù)電子親合勢(shì)光電陰極2.電子光學(xué)系統(tǒng)（1）靜電系統(tǒng)非聚焦型（近貼式像管）：光電陰極螢光面分辨率低聚焦型：（2）復(fù)合聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)（電磁聚焦系統(tǒng)）

電磁聚焦型像管中電子的運(yùn)動(dòng)線圈設(shè)渡越時(shí)間為:t電子運(yùn)動(dòng)一圈的時(shí)間為：Tt=nT3.熒光屏在高速電子的轟擊下將電子圖像轉(zhuǎn)化為可見光圖像光電陰極電子透鏡螢光面照像機(jī)或人眼

像管結(jié)構(gòu)原理示意圖6.1.2像管的特性參數(shù)1.光譜響應(yīng)特性和光譜匹配光譜響應(yīng)特性：由光電陰極決定光譜匹配：光源與光電陰極;熒光屏與人眼視覺函數(shù)2.增益特性圖像增強(qiáng)管的亮度增益-----熒光屏上的輻射出射度與入射到像管光電陰極上的照度之比：?jiǎn)渭?jí)圖像增強(qiáng)管的增益為Ba光電陰極電子透鏡螢光面照像機(jī)或人眼

像管結(jié)構(gòu)原理示意圖熒光屏的發(fā)光效率光電陰極對(duì)光源的積分靈敏度陽(yáng)極電壓光電子透過系數(shù)陰極面積陽(yáng)極面積3.等效背景照度等效背景照度：產(chǎn)生與暗背景相同輻射出射度時(shí)入射輻射照度值暗背景：在無(wú)輸入圖像時(shí)加上工作電壓時(shí)熒光屏上仍然有一定的亮度，稱為暗背景4.分辯率在熒光屏上每毫米內(nèi)人眼能分辨開的明暗條紋的最大對(duì)數(shù)lP/mm光電陰極電子透鏡螢光面照像機(jī)或人眼

像管結(jié)構(gòu)原理示意圖6.2常見像管6.2.1常見變像管1.紅外變像管光電陰極多為S-I(Ag-O-Cs)陰極，可使波長(zhǎng)小于1.15μm的紅外光變成光電子負(fù)電子親合勢(shì)陰極：可把波長(zhǎng)大于1.15μm的紅外光變成光電子2.紫外變像管3.選通式變像管窗口材料為石英材料，光電陰極為S-11陰極，可以使波長(zhǎng)大于200nm的紫外光變成光電子6.2.2常見像增強(qiáng)管1.級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)管第一、級(jí)間的輸入-輸出是用光纖面板制成第二、注意最后一級(jí)熒光屏的發(fā)射光譜特性要與人眼視覺相吻合(第一代)2.微通道板像增強(qiáng)管（第二代）雙近貼式這種管子體積小、重量輕、使用方便，但像質(zhì)和分辨率較差倒像式電子經(jīng)過聚焦后又進(jìn)入微通道板，所以像質(zhì)和分辨率比較高3.第三代像增強(qiáng)管第二代像微通道板像增強(qiáng)管+負(fù)電子親合勢(shì)光電陰極的使用4.X射線像增強(qiáng)管---實(shí)質(zhì)是變像管將不可見的X射線圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽鈭D像，并進(jìn)一步的增強(qiáng)，常用于醫(yī)療診斷和工業(yè)探傷6.2.3*

特殊變像管1.圖像放大像管在放大20.6倍的情況下，分辨率可從40lP/mm提高到400lp/mm2.多功能像增強(qiáng)器圖像可在X和Y兩個(gè)方向上移動(dòng)放大，并可以發(fā)生偏轉(zhuǎn)3.位置敏感傳感器像管用位置敏感傳感器（PSD）代替一般的熒光屏，并有多個(gè)微通道板MCP，用于測(cè)量光點(diǎn)的位置。4.裝有光電導(dǎo)靶的反射式變像管6.3攝像管6.3.1、6.3.2攝像管的作用及結(jié)構(gòu)及分類1.攝像管的作用：將空間光強(qiáng)分布的光學(xué)圖像記錄并轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)的成像裝置----利用外光電效應(yīng)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的1）光電發(fā)射型攝像管2.分類光電轉(zhuǎn)換→電荷的積累→電信號(hào)的存儲(chǔ)和掃描有移像區(qū)2）光電導(dǎo)型攝像管（視像管）--利用光電導(dǎo)器件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換無(wú)移像區(qū)兩者的不同之處:前者有移像區(qū),后者無(wú)光電陰極電子光學(xué)系統(tǒng)移像區(qū)兩者相同之處:掃描區(qū)電子槍燈絲,熱陰極,控制柵極,各加速電極,聚焦線圈,偏轉(zhuǎn)線圈,校正線圈6.4.1視像管靶6.4光導(dǎo)靶和存儲(chǔ)靶N信號(hào)板

硅靶結(jié)構(gòu)圖1.硅靶

視像管等效電路圖

視像管等效電路圖三個(gè)過程：（1）無(wú)光照掃描充電(歸零)（2）有光照無(wú)掃描光→

電（3）電子束再次掃描,輸出(歸零)PNU≈0U>0Is2*.氧化鉛靶INPSnO2RL光3*.異質(zhì)結(jié)靶a）硒化鎘（CdSe）靶b）硒砷碲（SeAsTe）靶c）碲化鋅鎘（ZnCdTe）靶像元連續(xù)，分辨率高光譜響應(yīng)范圍寬，動(dòng)態(tài)范圍大，信號(hào)電流大，暗電流小，分辨率高，惰性小X值小，靈敏度高，暗電流增大，光譜特性峰值波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)6.4.2光電發(fā)射型攝像管靶----存儲(chǔ)靶1.二次電子傳導(dǎo)靶（SEC）

支撐層（Al2O3）信號(hào)板（Al膜）疏松的KCl電子束三個(gè)過程：（1）無(wú)光照掃描零電位（2）有光照無(wú)掃描電位升高（3）電子束再次掃描輸出一次電子加速電壓為8KV時(shí)的二次電子增益約為（133）左右特點(diǎn)：響應(yīng)率高，改變加速電壓的大小可得到80~200倍的增益，但極限分辨率稍低約為600TVL0eeU>0IS2.增強(qiáng)硅靶（SIT）N

硅靶結(jié)構(gòu)圖電子增強(qiáng)硅靶靈敏度比硅靶靈敏度大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，靶不易燒傷，壽命長(zhǎng)。AL光電子轟擊硅靶電子空穴對(duì)光電陰極PNU≈0U>0Is6.5攝像管的特性參數(shù)6.5.1攝像管的特性參數(shù)2.光電特性如果γ=1表示線性關(guān)系如γ≠1時(shí)灰度畸變，一般γ<11.靈敏度u3.分辨力黑白條紋總合為N（垂直分辨力）：TVL/H（1）極限分辨力極限分辨率：則黑白條紋對(duì)數(shù)為:h（2）調(diào)制傳遞函數(shù)f

調(diào)制度傳遞函數(shù)曲線MTF（%）4.惰性產(chǎn)生惰性的原因一是：光電導(dǎo)惰性二是：電容性惰性，由RbC決定惰性會(huì)引起圖像模糊，或彩色拖尾等問題5.暗電流和噪聲暗電流---PN結(jié)攝像管：暗電流很小光電發(fā)射攝像管：光電陰極的熱發(fā)射電子、場(chǎng)致發(fā)射電子、離子流等引起噪聲--