真空成像器件課件

光電成像器件光電成像器件真空成像器件固體成像器件像管攝像管電荷耦合器件光電二極管列陣光電成像器件(Photoelectronicimagingdevices)，圖像傳感器，一類能夠輸出圖像信息的陣列器件，用于“面源”探測(cè)。光電成像器件的分類有無(wú)掃描機(jī)構(gòu)變像管像增強(qiáng)器像管攝像管把不可見(jiàn)變可見(jiàn)把微弱增強(qiáng)電子束掃描后顯示真空成像器件三大功能變換光譜：將紅外、紫外的輻射圖像變成可見(jiàn)圖像增強(qiáng)亮度：使圖像亮度接近人眼的視覺(jué)響應(yīng)峰值光學(xué)成像：將電子圖像在熒光屏上變成光學(xué)圖像像管：變像管和像增強(qiáng)管的統(tǒng)稱。像管的工作原理涂覆于真空管內(nèi)壁的光電發(fā)射材料薄膜紅外：銀氧銫；可見(jiàn)：?jiǎn)螇A和多堿；紫外；負(fù)電子親和勢(shì)。（參見(jiàn)書(shū)第四章）光電陰極非聚焦型像管（近貼型）兩個(gè)平行電極間形成均勻電場(chǎng)從同一點(diǎn)出發(fā)不同初速的電子，在均勻電場(chǎng)作用下，以拋物線軌跡向熒光屏投射均勻電場(chǎng)只有加速投射作用，沒(méi)有聚焦成像作用電子不能會(huì)聚成像點(diǎn)，而是彌散圓斑分辨率低三大類像管（1）電磁復(fù)合聚焦型由磁場(chǎng)聚焦和電場(chǎng)加速共同完成成像作用。軸向有相同初速度的電子，以螺旋線前進(jìn)，聚焦于同一點(diǎn)。用于需高性能像質(zhì)的場(chǎng)合，如天文測(cè)量。三大類像管（3）作用是將電子動(dòng)能轉(zhuǎn)換為光能。高轉(zhuǎn)換效率發(fā)射譜與人眼或下級(jí)光電陰極的光譜響應(yīng)特性匹配。熒光屏光譜響應(yīng)特性和光譜匹配光譜響應(yīng)特性指：光電陰極的光譜響應(yīng)特性，它決定管子所能應(yīng)用的光譜范圍。Q：由上面的特性可以聯(lián)系到什么器件？光譜匹配：在像管的光譜響應(yīng)范圍內(nèi)光源與光電陰極、光電陰極與熒光屏、熒光屏與人眼視覺(jué)函數(shù)之間的光譜分布匹配，匹配好，則像管靈敏度高。像管的主要特性參數(shù)光譜匹配函數(shù)等效背景照度暗背景：無(wú)光照射時(shí)熒光屏的發(fā)光。熒光屏上的目標(biāo)疊加了一個(gè)背景亮度，使圖像對(duì)比度下降，嚴(yán)重時(shí)可能使微光圖像淹沒(méi)在背景中。等效背景照度EBI：熒光屏上產(chǎn)生與暗背景相等亮度時(shí)，光電陰極面上需輸入的照度值。Bb為暗背景亮度，單位為cd/m2；Gb為亮度增益。變像管的EBI在10-3lx量級(jí)；像增強(qiáng)器在10-7lx量級(jí)。像管的主要特性參數(shù)分辨率標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板通過(guò)像管后，在熒光屏上每毫米長(zhǎng)度上用目測(cè)法能分辨得開(kāi)的條紋對(duì)數(shù)。每毫米線對(duì)數(shù)，lp/mm調(diào)制傳遞函數(shù)*

P176《光電技術(shù)》，江文杰等編著，科學(xué)出版社，pp:190-191，2009.像管的主要特性參數(shù)紅外夜視儀

紅外輻射圖像被光學(xué)物鏡成像后位于光電陰極的前方，該輻射圖像相當(dāng)于對(duì)光電陰極有一輻射通量，光電陰極將其變成與其亮度成正比的電子圖像，經(jīng)靜電聚焦后轟擊熒光屏，再轉(zhuǎn)成光學(xué)圖像。級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)器第一代像增強(qiáng)器微通道板像增強(qiáng)器（microchannelplate,MCP）微通道光電倍增管P93二次電子發(fā)射倍增系數(shù)δ=2，累計(jì)碰撞倍增次數(shù)n=10，微通道的總增益G=δn=210≈1000倍第二代像增強(qiáng)器可見(jiàn)光較高靈敏度，近紅外較高量子效率。同時(shí)具有光譜變換和圖像增強(qiáng)作用。進(jìn)一步提高分辨率、信噪比等性能參數(shù)，開(kāi)發(fā)超三代和第四代像增強(qiáng)器。負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極微通道板P66-68第三代像增強(qiáng)器X射線像增強(qiáng)器醫(yī)療診斷中，使拍照所需X射線劑量比原來(lái)減少，大大降低了X射線對(duì)病人的危害。工業(yè)探傷像增強(qiáng)器的典型應(yīng)用有無(wú)掃描機(jī)構(gòu)變像管像增強(qiáng)器像管攝像管把不可見(jiàn)變可見(jiàn)把微弱增強(qiáng)電子束掃描后顯示真空成像器件將輸入的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電荷圖像通過(guò)電荷的積累和儲(chǔ)存構(gòu)成電位圖像通過(guò)電子束掃描讀出電位圖像，形成視頻信號(hào)輸出光電變換光電信息積累、儲(chǔ)存掃描輸出真空攝像管光電效應(yīng)分類效應(yīng)相應(yīng)探測(cè)器外光電效應(yīng)光陰極發(fā)射光電子光電管P68光電子倍增光電倍增管P69像增強(qiáng)器P170內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)光敏電阻P103光生伏特零偏，反偏P119光電池P121光電二極管P125光電變換光電信息積累、儲(chǔ)存掃描輸出移像區(qū)：使光電子在運(yùn)動(dòng)中獲得能量，從而在靶面上產(chǎn)生更多電荷，提高靈敏度。視像管靶光電陰極存儲(chǔ)靶兩種真空攝像管的區(qū)別靈敏度光電轉(zhuǎn)換特性

對(duì)數(shù)坐標(biāo)上信號(hào)電流與照度關(guān)系曲線的斜率，稱為γ特性。表示對(duì)灰度的傳遞功能。圖像不失真:γ=1。分辨率（P169）

圖像細(xì)節(jié)的分辨能力。惰性

輸出信號(hào)變化相對(duì)于照度變化有滯后。暗電流和噪聲動(dòng)態(tài)范圍

同一幅圖像中，攝像管能處理的最高照度值與最低照度值之比。攝像管的主要特性參數(shù)二次電子傳導(dǎo)攝像管（SEC）增強(qiáng)硅靶管（SIT）光電發(fā)射攝像管1934年就成功地研制出光電攝像管（Iconoscope），用于室內(nèi)外的廣播電視攝像。但是，它的靈敏度很低，信噪比很低，需要高于10000lx的照度才能獲得較為清晰的圖像。使它的應(yīng)用受到限制。1947年制出的超正析像管（Imaige

Orthico），它的靈敏度有所提高，但是最低照度仍要求在2000lx以上。1954年投放市場(chǎng)的高靈敏視像管（Vidicon）基本具有了成本低，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，使廣播電視事業(yè)和工業(yè)電視事業(yè)有了更大的發(fā)展。圖像傳感器的發(fā)展歷史1965年推出的氧化鉛視像管(Plumbicon)成功地取代了超正析像管，發(fā)展了彩色電視攝像機(jī)，使彩色廣播電視攝像機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生一次飛躍。誕生了1英寸，1/2英寸，甚至于1/3英寸（8mm）靶面的彩色攝像機(jī)。然而，氧化鉛視像管抗強(qiáng)光的能力低，余輝效應(yīng)影響了它的采樣速率。1976年，又相繼研制出靈敏度更高，成本更低的硒靶管（Sati