第三章直視型電真空成像原理

第三章直視型電真空成像原理第一頁(yè)，共68頁(yè)。3.1像管成像的物理過(guò)程

像管實(shí)現(xiàn)圖像的電磁波譜轉(zhuǎn)換和亮度增強(qiáng)是通過(guò)三個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)完成的:首先是將接受的微弱的或不可見(jiàn)的輸入輻射圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像；其次是使電子圖像獲得能量或數(shù)量增強(qiáng)，并聚焦成像；第三是將增強(qiáng)的電子圖像轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)的光學(xué)圖像。第二頁(yè)，共68頁(yè)。上述三個(gè)環(huán)節(jié)分別由光陰極電子光學(xué)系統(tǒng)熒光屏完成。這三部分共同封在一個(gè)高真空的管殼內(nèi)。像管成像原理如圖3—l所示。第三頁(yè)，共68頁(yè)。3.1.I輻射圖像的光電轉(zhuǎn)換

像管的輸入端面是采用光電發(fā)射材料制成的光敏面。該光敏面接收輻射量子產(chǎn)生電子發(fā)射。所發(fā)射的電子流密度分布正比于人射的輻射通量分布。由此完成輻射圖像轉(zhuǎn)換為電子圖像的過(guò)程。第四頁(yè)，共68頁(yè)。由于電子發(fā)射需要在發(fā)射表面有法向電場(chǎng)，所以光敏面應(yīng)接以負(fù)電位。這一光敏面通常稱(chēng)為光陰極。像管中常用的光陰極有：對(duì)紅外光敏感的銀氧銫紅外光陰極；對(duì)可見(jiàn)光敏感的單堿和多堿光陰極；對(duì)紫外光敏感的紫外光陰極。第五頁(yè)，共68頁(yè)。第六頁(yè)，共68頁(yè)。由于電子發(fā)射需要在發(fā)射表面有法向電場(chǎng)，所以光敏面應(yīng)接以負(fù)電位。這一光敏面通常稱(chēng)為光陰極。像管中常用的光陰極有：對(duì)紅外光敏感的銀氧銫紅外光陰極；對(duì)可見(jiàn)光敏感的單堿和多堿光陰極；對(duì)紫外光敏感的紫外光陰極。第七頁(yè)，共68頁(yè)。光陰極有透射型和反射型兩種。像管中常用的光陰極是透射型的——半透明。必須在高真空中。光陰極進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)換的簡(jiǎn)要物理過(guò)程是：當(dāng)具有能量為hv的輻射量子入射到半透明的光電發(fā)射體內(nèi)，與體內(nèi)電子產(chǎn)生非彈性碰撞而交換能量。第八頁(yè)，共68頁(yè)。當(dāng)輻射量子的能量大干電子產(chǎn)生躍遷的能量時(shí)，電子被激發(fā)到受激態(tài)。這些受激電子向真空界面遷移，由于半導(dǎo)體中自由電子數(shù)量很少，所以產(chǎn)生自由電子散射的幾率很小，只有在遷移中與晶格產(chǎn)生相互作用，由于聲子散射而引起少量的能量損失；如果電了在到達(dá)真空界面仍有克服電子親和勢(shì)的能量，就可以發(fā)射到真空中，成為光電發(fā)射的電子。對(duì)具有負(fù)電子親和勢(shì)的光陰極，則不需要克服電子親和勢(shì)的能量。第九頁(yè)，共68頁(yè)。

根據(jù)光電發(fā)射的斯托列托夫定律可知，飽和光電發(fā)射的電子流密度與人射輻射通量密度成正比。因此由入射輻射分布所構(gòu)成的圖像可以通過(guò)光陰極變換成由電子流分布所構(gòu)成的圖像。這一圖像稱(chēng)為電子圖像。第十頁(yè)，共68頁(yè)。3.1.2電子圖像的能量增強(qiáng)

像管中的電子圖像通過(guò)特定的靜電場(chǎng)或電磁復(fù)合場(chǎng)獲得能量增強(qiáng)。由光陰極的光電發(fā)射產(chǎn)生的電子圖像，在剛離開(kāi)光陰極面時(shí)是低速運(yùn)動(dòng)的電子流，其初速由愛(ài)因斯坦定律所決定。這一低能量的電子圖像在靜電場(chǎng)或電磁復(fù)合場(chǎng)的洛倫茨力作用下得到加速并聚焦到熒光屏上。在到達(dá)像面時(shí)是高速運(yùn)動(dòng)的電子流，能量很大。由此完成了電子圖像的能量增強(qiáng)。像管中特定設(shè)置的靜電場(chǎng)或電磁復(fù)合場(chǎng)稱(chēng)之為電子光學(xué)系統(tǒng)。由于它具有聚焦電子圖像的作用，故又被稱(chēng)之為電子透鏡。第十一頁(yè)，共68頁(yè)。第十二頁(yè)，共68頁(yè)。3.1.3電子圖像的發(fā)光顯示

像管輸出的是可見(jiàn)光學(xué)圖像。為把電子圖像轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)的光學(xué)圖像，通常采用熒光屏。能將電子動(dòng)能轉(zhuǎn)換成光能的熒光屏是由發(fā)光材料的微晶顆粒沉積而成的薄層。由于熒光屏的電阻率通常在10E+10—10E+14Ωcm，介于絕緣體和半導(dǎo)體之間，因此當(dāng)它受到高速電子轟擊時(shí)，會(huì)積累負(fù)電荷，使加在熒光屏上的電壓難以提高，為此應(yīng)在熒光屏上蒸鍍一層鋁膜，引走積累的負(fù)電荷，而且可防止光反饋到光陰極。

第十三頁(yè)，共68頁(yè)。

像管中常用的熒光屏材料有多種。基本材料是金屬的硫化物、氧化物或硅酸鹽等晶體。上述材料經(jīng)摻雜后具有受激發(fā)光特性，統(tǒng)稱(chēng)之為晶態(tài)磷光體。熒光屏是利用摻雜的晶態(tài)磷光體受激發(fā)光的物理過(guò)程，將電子圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)的光學(xué)圖像。第十四頁(yè)，共68頁(yè)。純凈而無(wú)缺陷的基質(zhì)晶體一般是不具有受激發(fā)光特性的，只有摻入微量重金屬離子作雜質(zhì)時(shí)(如銅、銀等)才具有較強(qiáng)的受激發(fā)光特性。這是由于雜質(zhì)的摻入對(duì)相鄰基質(zhì)的能態(tài)產(chǎn)生微擾而出現(xiàn)了局部能級(jí)。由這些局部能級(jí)構(gòu)成了受激發(fā)光過(guò)程所需要的基態(tài)能級(jí)。通常稱(chēng)之為發(fā)光中心。

第十五頁(yè)，共68頁(yè)。當(dāng)像管中高速電子轟擊熒光屏?xí)r，晶態(tài)磷光體基質(zhì)中的價(jià)帶電子受激躍遷到導(dǎo)帶，所產(chǎn)生的電子和空穴分別在導(dǎo)帶和價(jià)帶中擴(kuò)散。當(dāng)空穴遷移到發(fā)光中心的基態(tài)能級(jí)上時(shí)，就相當(dāng)于發(fā)光中心被激發(fā)了。而在導(dǎo)帶中的受激電子有可能遷移到這一受激的發(fā)光中心，產(chǎn)生電子和空穴的復(fù)合而放出光子。所發(fā)射的光波波長(zhǎng)是由發(fā)光中心基態(tài)與導(dǎo)帶的能量差所決定。第十六頁(yè)，共68頁(yè)。由于發(fā)光中心基態(tài)能級(jí)的分散，使輻射的波長(zhǎng)具有一定的分布，通常摻雜的晶態(tài)磷光體的發(fā)光光譜呈鐘型分布。第十七頁(yè)，共68頁(yè)。像管中常用的熒光屏，不僅應(yīng)該具有高的轉(zhuǎn)換效率，而且它的發(fā)射光譜要和眼睛或與之耦合的光陰極的光譜響應(yīng)相一致。實(shí)驗(yàn)證明，熒光屏由高速電子激發(fā)發(fā)光的亮度除與發(fā)光材料的性質(zhì)有關(guān)外，主要取決于人射電子流的密度和加速電壓值。當(dāng)像管中電子圖像的加速電壓一定時(shí)，則熒光屏的發(fā)光亮度就正比于入射電子流的密度。由此可知，像管的熒光屏可以將電子圖像轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)的光學(xué)圖像。第十八頁(yè)，共68頁(yè)。3.2像管的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)

用于直視成像系統(tǒng)的像管，具有多種類(lèi)型。根據(jù)像管的工作波段可分為：工作于非可見(jiàn)輻射(近紅外、紫外、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn))的像管，稱(chēng)之為變像管；工作于微弱可見(jiàn)光的像管，稱(chēng)之為像增強(qiáng)器。第十九頁(yè)，共68頁(yè)。根據(jù)像管的工作方式可分為：連續(xù)工作像管；選通工作像管；變倍工作像管。根據(jù)像管的結(jié)構(gòu)可分為：近貼式像管；倒像式像管；靜電聚焦式像管；電磁復(fù)合聚焦式像管。第二十頁(yè)，共68頁(yè)。根據(jù)像管的發(fā)展階段可分為：級(jí)聯(lián)式的第一代像管；帶微通道板的第二代像管；采用負(fù)電子親和勢(shì)光陰極的第三代像管。第二十一頁(yè)，共68頁(yè)。第二十二頁(yè)，共68頁(yè)。1．近貼式像管

近貼式像管的結(jié)構(gòu)如圖所示，光陰極在輸入窗的內(nèi)表面，熒光屏在輸出窗的內(nèi)表面，光陰極和熒光屏相互平行。在光陰極與熒光屏之間施加高壓時(shí)，兩電極間形成縱向均勻電場(chǎng)，由光陰極發(fā)射出的電子受電場(chǎng)的作用飛向熒光屏，由于間距很近(約lmm)，所以稱(chēng)為近貼聚焦的電子光學(xué)系統(tǒng)。第二十三頁(yè)，共68頁(yè)。近貼式像管是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的像管，熒光屏上成正像，且無(wú)畸變。但是由于受分辨力的限制，極間距離不能太大，又因?yàn)槭軋?chǎng)致發(fā)射的限制，極間電壓不能太高，因此系統(tǒng)的亮度增益受到限制，象質(zhì)也受到影響。第二十四頁(yè)，共68頁(yè)。2．靜電聚焦倒像式像管

它們都能形成軸對(duì)稱(chēng)的靜電場(chǎng)。由靜電場(chǎng)形成的電子透鏡可使光陰極面上的物像發(fā)射出來(lái)的電子加速并聚焦于熒光屏上，并形成一倒像。

第二十五頁(yè)，共68頁(yè)。常用的單級(jí)靜電聚焦

倒像式像管的結(jié)構(gòu)

在通常采用的雙球面電極系統(tǒng)中，陽(yáng)極頭部曲面和光陰極球面以及熒光屏都是近似同心球面。由此構(gòu)成近似的球形對(duì)稱(chēng)靜電場(chǎng)，使軸外各點(diǎn)的電子主軌跡都是近似對(duì)稱(chēng)軸，從而使軸外象差如場(chǎng)曲、像散、畸變等都比雙圓筒系統(tǒng)小。

第二十六頁(yè)，共68頁(yè)。三級(jí)級(jí)聯(lián)像管示意圖

在實(shí)際應(yīng)用中，為了獲得更高的亮度增益，將完全相同的單級(jí)像管，用光學(xué)纖維面板進(jìn)行多級(jí)耦合。因此像管的輸入窗和輸出窗都是由光學(xué)纖維面板制成，以便將球面像轉(zhuǎn)換為平面像來(lái)完成級(jí)間耦合。由于每級(jí)像管都成倒像，所以稠合的級(jí)數(shù)多取單數(shù)，通常為三級(jí)。該像管稱(chēng)為第一代像增強(qiáng)器。

第二十七頁(yè)，共68頁(yè)。3．電磁復(fù)合聚焦式像管

采用平面像場(chǎng)。在平面光陰極和熒光屏之間設(shè)置有環(huán)形電極，其上加有逐步升高的電壓，沿管軸建立起上升的電位；同時(shí)管殼外設(shè)置有通以恒定電流的螺旋線(xiàn)圈而產(chǎn)生的均勻磁場(chǎng)，由此形成縱向的均勻電磁場(chǎng)。該電磁場(chǎng)使光陰極發(fā)射的電子加速并聚焦到熒光屏上成像。只要嚴(yán)格地控制電壓和磁場(chǎng)，就可以得到良好的像平面，使熒光屏上獲得較高的分辨力。但是由于復(fù)合聚焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，給使用帶來(lái)不方便。因此通常只在需要高性能的場(chǎng)合，如天文觀(guān)察時(shí)才使用這種聚焦方式。

第二十八頁(yè)，共68頁(yè)。4．選通式像管

選通式像管是靜電聚焦式像管。它是在普通二電極像管的結(jié)構(gòu)上增加控制柵極而構(gòu)成的控制柵極是由靠近光陰極的柵網(wǎng)和陽(yáng)極孔欄組成。當(dāng)柵極電位低于光陰極電位時(shí)，則形成反向電場(chǎng)使光電發(fā)射截止；當(dāng)正電位的工作脈沖施加在柵極上時(shí)，則構(gòu)成聚焦成像的電場(chǎng)。由此實(shí)現(xiàn)了選通式工作狀態(tài)。

第二十九頁(yè)，共68頁(yè)。選通式像管具有可控的間斷工作功能。選通的工作方式有兩種：?jiǎn)蚊}沖觸發(fā)式工作；連續(xù)脈沖觸發(fā)式工作。前者用于高速攝影中作為電子快門(mén)，后者用于主動(dòng)紅外選通成像與測(cè)距。選通式像管中另有一種類(lèi)型，它增加了一對(duì)偏轉(zhuǎn)電極。這對(duì)偏轉(zhuǎn)電極設(shè)置在陽(yáng)極錐體內(nèi)，其上施加線(xiàn)性斜坡?tīng)蠲}沖電壓使輸出圖像偏轉(zhuǎn)，將連續(xù)選通的幾幅圖像在熒光屏上分開(kāi)。這種像管也稱(chēng)為條紋管。第三十頁(yè)，共68頁(yè)。5．變倍式像管

能夠改變倍率的像管稱(chēng)為變倍式像管。它具有可變放大率的電子光學(xué)系統(tǒng)。由于變倍的同時(shí)也必然使焦距發(fā)生變化，因此在普通像管內(nèi)除了加變倍電極外，同時(shí)還需要加聚焦電極來(lái)補(bǔ)償像面的變動(dòng)，所以變倍式像管是四電極結(jié)構(gòu)。

第三十一頁(yè)，共68頁(yè)。5．變倍式像管改變像管放大率是通過(guò)改變加在像管電極上的電壓比值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)陽(yáng)極電位與變倍電極電位相同時(shí)，像管的放大率等于1；當(dāng)陽(yáng)極電位逐漸降低，而變倍電極電位保持不變時(shí)，像管的放大率隨之下降；陽(yáng)極電位由15kV調(diào)節(jié)到3kV時(shí)，像管的放大率由l變?yōu)?.2。同時(shí)還需改變調(diào)焦電極的電位來(lái)獲得最佳聚焦，保持變倍時(shí)的成像質(zhì)量。第三十二頁(yè)，共68頁(yè)。6．帶有微通道板(MCP)的像管(第二代像管)第二代像管與第一代像管的根本區(qū)別在于：它不是用多級(jí)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)光電子倍增，而是采用在單級(jí)像管中設(shè)置微通道板來(lái)實(shí)現(xiàn)電子圖像倍增的。

第三十三頁(yè)，共68頁(yè)。微通道板是兩維空間的電子倍增器。微通道板是由大量平行堆集的微細(xì)單通道電子倍增器組成的薄板。通道孔徑為5一10μm。通道內(nèi)壁具有較高的二次電子發(fā)射系數(shù)。在微通道板的兩個(gè)端面之間施加直流電壓形成電場(chǎng)。入射到通道內(nèi)的電子在電場(chǎng)作用下，碰撞通道內(nèi)壁產(chǎn)生二次電子。這些二次電子在電場(chǎng)力加速下不斷碰撞通道內(nèi)壁，直至由通道的輸出端射出，實(shí)現(xiàn)連續(xù)倍增，達(dá)到增強(qiáng)電子圖像的作用。

第三十四頁(yè)，共68頁(yè)。近貼式MCP像管的結(jié)構(gòu)

微通道板近貼于光陰極和熒光屏之間。構(gòu)成兩個(gè)近貼空間。因此又稱(chēng)為雙近貼式像管。由于采用了雙近貼、均勻場(chǎng)，所以圖像無(wú)畸變，放大率為l，不倒像。同樣由于近貼，會(huì)出現(xiàn)光陰極、MCP、熒光屏三者之間的相互影響。

第三十五頁(yè)，共68頁(yè)。第2代靜電聚焦倒像式像管的結(jié)構(gòu)

微通道板與光陰極之間采用靜電透鏡，MCP置于電子透鏡的像面位置；像管中還在陽(yáng)極與MCP之間設(shè)置一個(gè)消畸變電極。由微通道板增強(qiáng)后的電子圖像通過(guò)近貼聚焦到熒光屏上。由于在熒光屏上所成的像，相對(duì)于光陰極上的像來(lái)說(shuō)是倒像，因此稱(chēng)為倒像管。第三十六頁(yè)，共68頁(yè)。

微通道扳的輸出端，由于連續(xù)倍增其電子密度較高、速度快，易于使像管內(nèi)殘余氣體分子電離。如果電離產(chǎn)生的正離子轟擊光陰極將降低像管的壽命。當(dāng)微通道扳輸入端電位低于陽(yáng)極電位時(shí)，則形成一個(gè)防止正離子反饋的位壘。這個(gè)位壘一方面阻止正離子另—方面又收集微通道板端面上產(chǎn)生的二次電子，從而消除了光暈現(xiàn)象。由于微通道板本身具有高增益、增益可控、電流飽和等待性，因此第二代像管，無(wú)論近貼式或倒像式與第一代像管相比，均具有體積小、重量輕、亮度可調(diào)、防強(qiáng)光等優(yōu)點(diǎn)第三十七頁(yè)，共68頁(yè)。7．負(fù)電子親和勢(shì)光陰極像管(第三代像管)第三代像管是采用了負(fù)電子親和勢(shì)光陰極的像管。電子親和勢(shì)（能）——晶格中原子捕獲一個(gè)電子成為負(fù)離子所釋放出的能量。第三十八頁(yè)，共68頁(yè)。由于目前還只能在乎面上制做負(fù)電子親和勢(shì)陰極，所以它的結(jié)構(gòu)與第二代近貼式像管類(lèi)似，其根本區(qū)別在于光陰極。第一代像管采用的是表面具有正電子親和勢(shì)的多晶薄膜結(jié)構(gòu)的多堿光陰極．其光靈敏度約為250—550uA/lm；而第三代像管采用的負(fù)電子親和勢(shì)光陰極，它的光靈敏度高達(dá)l000uA/lm以上。因此第三代像管具有高增益、低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。負(fù)電子親和勢(shì)是熱化電子發(fā)射，光電子的初動(dòng)能較低，能量又比較集中，因此第三代像管又具有較高的圖像分辨力。由于這些特點(diǎn)使第三代像管成為目前性能最優(yōu)越的直視型光電成像器件。第三十九頁(yè)，共68頁(yè)。8．

X射線(xiàn)變像管和

γ射線(xiàn)變像管

X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)變像管是分別將不可見(jiàn)的X射線(xiàn)圖像和γ射線(xiàn)圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)的光學(xué)圖像。此類(lèi)變像管只比普通像管多了一個(gè)射線(xiàn)轉(zhuǎn)換熒光屏(又稱(chēng)輸入熒光屏)。

第四十頁(yè)，共68頁(yè)。射線(xiàn)轉(zhuǎn)換屏位于射線(xiàn)變像管的輸入窗內(nèi)，它與外殼之間設(shè)置薄鋁層以擋雜光；轉(zhuǎn)移屏與光陰極之間靠很薄的玻璃耦合，以減小熒光圖像的擴(kuò)散。這一轉(zhuǎn)換屏可將入射的x射線(xiàn)圖像或γ射線(xiàn)圖像轉(zhuǎn)換為熒光的弱光圖像，該弱光圖像入射在光陰極上產(chǎn)生光電子圖像。其后續(xù)過(guò)程與普通像管相同。

第四十一頁(yè)，共68頁(yè)。x射線(xiàn)轉(zhuǎn)換屏由X射線(xiàn)激發(fā)能發(fā)光的材料制成。目前國(guó)內(nèi)通常采用ZnS：Ag(Pll)和(Cd，Zn)S：Ag(P2O)和CsI(TI)等材料。γ射線(xiàn)轉(zhuǎn)換屏是由NaI(Tt)、CsI(TI)和CsI(Na)等閃爍晶體制成。

第四十二頁(yè)，共68頁(yè)。3.3像管的主要特性與參數(shù)

直視式光電成像器件是為擴(kuò)展人限視力范圍而發(fā)展起來(lái)的，它既能探測(cè)到微弱的或人眼不可見(jiàn)的目標(biāo)輻射信號(hào)，又能將目標(biāo)滿(mǎn)意地成像，使人眼能看到再現(xiàn)的目標(biāo)圖像。因此像管既是一個(gè)輻射探測(cè)器，放大器，又是成像器。作為輻射探測(cè)器，它應(yīng)具有高的量子效率和信號(hào)放大能力，以提供足夠的亮度.這一性能通常用靈敏度和亮度增益來(lái)描述.作為圖像成像器，它必須具有小的圖像幾何失真，適當(dāng)?shù)膸缀畏糯舐?，盡量小的亮度(能量)擴(kuò)散能力，以提供足夠的視角和對(duì)比。這些性能通常用畸變、放大率、分辨力及調(diào)制傳遞函數(shù)來(lái)描述。第四十三頁(yè)，共68頁(yè)。3.3.1光譜響應(yīng)特性

光譜響應(yīng)特性是指像管的響應(yīng)能力隨入射波長(zhǎng)的變化關(guān)系。像管的光譜響應(yīng)特性實(shí)際上是其光陰極的光譜響應(yīng)待性。它決定了像管應(yīng)用的光譜范圍。像管的光譜響應(yīng)特性通常用光譜響應(yīng)率、量子效率、光譜特性曲線(xiàn)和積分響應(yīng)率(簡(jiǎn)稱(chēng)響應(yīng)率)來(lái)描述。

第四十四頁(yè)，共68頁(yè)。光譜響應(yīng)率是像管對(duì)單色入射輻射的響應(yīng)能力，以Rj表示。響應(yīng)率是像管對(duì)全色入射輻射的響應(yīng)能力，以R表示。由于在實(shí)際應(yīng)用中，像管接收的往往不是單色輻射，而是某一光源的全色輻射，所以響應(yīng)率更具有實(shí)際意義。第四十五頁(yè)，共68頁(yè)。根據(jù)響應(yīng)率R的定義——入射輻射功率P所產(chǎn)生的輸出光電流I，則

式中，P為人射輻射功率；I為輸出信號(hào)電流；Pλ為單色輻射功率；Rλ為光陰極光譜響應(yīng)率；P(λ)為單色輻射功率相對(duì)值；R(λ)為光陰極相對(duì)光譜響應(yīng)率；Pm為單色輻射功率最大值；Rm為光陰極光譜響應(yīng)率最大值。

第四十六頁(yè)，共68頁(yè)。最后可得：

R=aRm其中a稱(chēng)為光譜匹配系數(shù)。它反映了在像管響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)．光源與光陰極，熒光屏與光陰極及熒光屏與人眼光譜光視效率的分布之間的吻合程度。如果匹配良好，就能獲得高的整管響應(yīng)度。因此，光譜匹配系數(shù)是選擇像管各級(jí)材料的重要依據(jù)。表3—1給出了常用的輻射源和光陰極的光譜匹配系數(shù)值。第四十七頁(yè)，共68頁(yè)。第四十八頁(yè)，共68頁(yè)。3.3.2增益特性合適的亮度是觀(guān)察圖像的必要條件。像管輸出的圖像亮度既與入射圖像的照度有關(guān)，又取決于像管本身對(duì)輻射能量的變換與增強(qiáng)的能力?！霸鲆妗本褪怯脕?lái)描述像管這種能力的參數(shù)。第四十九頁(yè)，共68頁(yè)。1.增益定義像管的增益有：亮度增益、輻射亮度增益及光通量增益之分。其中亮度增益是最基本而通用的。2.亮度增益的定義像管的亮度增益定義為：像管在標(biāo)準(zhǔn)光源照射下，熒光屏上的光出射度M與入射到陰極面上的照度Ev之比。即

GL=M/EV第五十頁(yè)，共68頁(yè)。由光度學(xué)可知，熒光屏上的光出射度M與亮度L之間的關(guān)系可表示為:M=πL這時(shí)亮度增益為像管輸出亮度L與光陰極面入射照度EV之比的π倍。第五十一頁(yè)，共68頁(yè)。有時(shí)由于像管的輸出與輸入采用的單位不同，像管的增益還用輻射亮度增益GLe和光通量增益Gφ來(lái)表示，即式中，Ee為光陰極面入射輻照度；K為光視效能,φou為熒光屏輸出光通量；φin為光陰極面輸入光通量；As為熒光屏有效面積；Ac為光陰極面有效面積，m為像管的幾何放大率.第五十二頁(yè)，共68頁(yè)。3.3.3背景特性合適的亮度是人眼觀(guān)察圖像的必要條件，但像管的輸出亮度并不都是有用的。在輸出端熒光屏的圖像上，除了有用的成像(信號(hào))亮度以外，還存在一種非成像的附加亮度，稱(chēng)之為背景(或背景亮度)。像管的背景包括無(wú)光照射情況下的暗背景和因人射信號(hào)的影響而產(chǎn)生的附加背景，稱(chēng)為信號(hào)感生背景(或光致背景).暗背景產(chǎn)生的主要原因是光陰極的熱電子發(fā)射和管內(nèi)顆粒引起的場(chǎng)致發(fā)射．產(chǎn)生信號(hào)感生背景的主要原因是，陰極透射光、管內(nèi)散射光、離子反饋、光反饋所致。由于背景的存在，在熒光屏上的目標(biāo)和其周?chē)尘暗膱D像上都疊加了一個(gè)背景亮度，因而使圖像的對(duì)比下降，影響圖像的清晰程度。第五十三頁(yè)，共68頁(yè)。1.等效背景照度為了與來(lái)自目標(biāo)的照度相比較，通常用等效背景照度來(lái)表示暗背景。為了使熒光屏亮度等于暗背景亮度值，而需在光陰極面上輸入的照度值，就稱(chēng)為等效背景照度。若像管的亮度增益為GL,在像管的光陰極面沒(méi)有受到照射時(shí)．測(cè)得熒光屏暗背景亮度為L(zhǎng)db則等效背景照度為第五十四頁(yè)，共68頁(yè)。2．對(duì)比惡化系數(shù)由于背景的存在使圖像模糊不清，背景使像質(zhì)下降的程度可用對(duì)比惡化的多少來(lái)描述。式個(gè)r-1稱(chēng)為對(duì)比惡化系數(shù)，Cb是有背景影響時(shí)輸出圖像的對(duì)比，C。是沒(méi)有背景影響時(shí)輸出圖像的對(duì)比.第五十五頁(yè)，共68頁(yè)。設(shè)熒光屏上圖像亮度的最大值和最小值分別為L(zhǎng)max和Lmin．則

第五十六頁(yè)，共68頁(yè)。3.3.4成像特性像管既是一個(gè)輻射探測(cè)器，又是一個(gè)圖像探測(cè)器。作為圖像探測(cè)器，它應(yīng)該具備好的成像特性。第五十七頁(yè)，共68頁(yè)。像管光陰極面上接收來(lái)自物空間的圖像輻射照度，并由這一輻射照度的值在陰極面上的強(qiáng)度分布構(gòu)成輸入圖像．通過(guò)像管這個(gè)成像器件的轉(zhuǎn)換與增強(qiáng)在熒光屏上產(chǎn)生相應(yīng)的亮度分布，構(gòu)成輸出圖像。像管在完成轉(zhuǎn)換與增強(qiáng)的過(guò)程中，由于非理想成像，所以輸出圖像的幾何尺寸、形狀及亮度分布不能準(zhǔn)確地再現(xiàn)輸入的幅照度分布，而使圖像像質(zhì)下降。這種像質(zhì)下降主要表現(xiàn)在幾何形狀及亮度分布的失真。通常用放大率、畸變、分辨力和調(diào)制傳遞函數(shù)來(lái)描述。第五十八頁(yè)，共68頁(yè)。1．放大率像管的放大率m，指的是像管出射端輸出圖像的線(xiàn)性尺寸l’與其對(duì)應(yīng)的入射端圖像的線(xiàn)性尺寸l之比，

m=l’/l因此，放大率是表征像管對(duì)圖像幾何尺寸放大或縮小能力的一個(gè)性能參數(shù)。第五十九頁(yè)，共68頁(yè)。2.畸變由于像管常采用靜電聚焦電子光學(xué)系統(tǒng)，它的邊緣放大率比近軸放大率大，所以在出射端圖像產(chǎn)生枕形畸變。由于物高不同，放大率不同，導(dǎo)致圖像形狀發(fā)生畸形變化，故稱(chēng)為畸變，并以D表示畸變的程度。第六十頁(yè)，共68頁(yè)。式中，mr為距光陰極中心特定半徑