第六章真空成像器件

1、光电成光电成像器件像器件真空成真空成像器件像器件固体成像器件固体成像器件像管像管变像管变像管像增强管像增强管摄像管摄像管光电发射型像管（摄像管）光电发射型像管（摄像管）光电导型像管（视像管）光电导型像管（视像管）无存储无存储直视直视不可见光不可见光可见光可见光弱光弱光强光强光有存储有存储非直视非直视6.1 像管像管变像管：变像管：能够把不可见光的图像变为可见光的图像能够把不可见光的图像变为可见光的图像图像增强管：图像增强管：把亮度很低的光学图像转变为高亮度的图像把亮度很低的光学图像转变为高亮度的图像光电阴极光电阴极电子透镜电子透镜萤光面萤光面照像机照像机或人眼或人眼 像管结构原理示意图像管结构

2、原理示意图6.1.1 像管结构和工作原理像管结构和工作原理光电阴极光电阴极电子透镜电子透镜萤光面萤光面照像机照像机或人眼或人眼 像管结构原理示意图像管结构原理示意图使不可见光图像或亮度很低的使不可见光图像或亮度很低的光图像转化为电子图像光图像转化为电子图像常用的光电阴极有：常用的光电阴极有：银氧像光电阴极、单碱或多碱光电阴极、各种紫外光电阴极、银氧像光电阴极、单碱或多碱光电阴极、各种紫外光电阴极、及负电子亲合势光电阴极及负电子亲合势光电阴极非聚焦型（近贴式像管）：非聚焦型（近贴式像管）：光电阴极光电阴极萤光面萤光面分辨率低分辨率低聚焦型：聚焦型： 电磁聚焦型像管中电子的运动电磁聚焦型像管中电子

3、的运动线圈线圈设渡越时间为设渡越时间为:t电子运动一圈的时间电子运动一圈的时间为：为： Tt=nT在高速电子的轰击下将电子在高速电子的轰击下将电子图像转化为可见光图像图像转化为可见光图像光电阴极光电阴极电子透镜电子透镜萤光面萤光面照像机照像机或人眼或人眼 像管结构原理示意图像管结构原理示意图6.1.2 像管的特性参数像管的特性参数光谱响应特性：光谱响应特性：由光电阴极决定由光电阴极决定光谱匹配：光谱匹配：光源与光电阴极光源与光电阴极; 荧光屏与人眼视觉函数荧光屏与人眼视觉函数图像增强管的亮度增益图像增强管的亮度增益-荧光屏上的荧光屏上的辐射出射度辐射出射度与入射到像管光电与入射到像管光电阴极上

4、的照度之比：阴极上的照度之比：aL单级图像增强单级图像增强管的增益为管的增益为aKKBAAUSGBakaBEMGkE光电阴极光电阴极电子透镜电子透镜萤光面萤光面照像机照像机或人眼或人眼 像管结构原理示意图像管结构原理示意图荧光屏的荧光屏的发光效率发光效率光电阴极对光电阴极对光源的积分光源的积分灵敏度灵敏度阳极电压阳极电压光电子透光电子透过系数过系数阴极面积阴极面积阳极面积阳极面积等效背景照度：等效背景照度：产生与暗背景相同产生与暗背景相同辐射出射度辐射出射度时入射辐射照度值时入射辐射照度值暗背景：暗背景：在无输入图像时加上工在无输入图像时加上工作电压时荧光屏上仍然有一定的作电压时荧光屏上仍然有

5、一定的亮度，称为暗背景亮度，称为暗背景BbGBEBI在荧光屏上每毫米内人眼能分辨开的在荧光屏上每毫米内人眼能分辨开的明暗条纹的最大对数明暗条纹的最大对数lP/mm光电阴极光电阴极电子透镜电子透镜萤光面萤光面照像机照像机或人眼或人眼 像管结构原理示意图像管结构原理示意图6.2 常见像管常见像管6.2.1 常见变像管常见变像管光电阴极多为光电阴极多为S-I (Ag-O-Cs) 阴极，可使波长小于阴极，可使波长小于1.15m的红的红外光变成光电子外光变成光电子负电子亲合势阴极：可把波长大于负电子亲合势阴极：可把波长大于1.15m的红外光变成光电的红外光变成光电子子窗口材料为石英材料，光电阴极为窗口材

6、料为石英材料，光电阴极为S-11阴极，可以使波阴极，可以使波长大于长大于200nm的紫外光变成光电子的紫外光变成光电子6.2.2 常见像增强管常见像增强管第一、第一、级间的输入级间的输入-输出是用光输出是用光纤面板制成纤面板制成第二、第二、注意最后一级荧光屏的注意最后一级荧光屏的发射光谱特性要与人眼视觉相发射光谱特性要与人眼视觉相吻合吻合(第一代第一代)双双近近贴贴式式这种管子体积小、重这种管子体积小、重量轻、使用方便，但量轻、使用方便，但像质和分辨率较差像质和分辨率较差倒倒像像式式电子经过聚焦后又进电子经过聚焦后又进入微通道板，所以像入微通道板，所以像质和分辨率比较高质和分辨率比较高第二代像

7、微通道板像增强管第二代像微通道板像增强管+负电子亲合势光电阴极负电子亲合势光电阴极 的使用的使用将不可见的将不可见的X射线射线图像转变为可见光图像转变为可见光图像，并进一步的图像，并进一步的增强，增强，常用于医疗诊断和常用于医疗诊断和工业探伤工业探伤6.2.3* 特殊变像管特殊变像管在放大在放大20.6倍的倍的情况下，分辨率情况下，分辨率可从可从40lP/mm提提高到高到400lp/mm图像可在图像可在X和和Y两两个方向上移动放个方向上移动放大，并可以发生大，并可以发生偏转偏转用位置敏感传感器（用位置敏感传感器（PSD）代替一般的荧光屏，并有多个微通）代替一般的荧光屏，并有多个微通道板道板MC

8、P，用于测量光点的位置。，用于测量光点的位置。6.3 摄像管摄像管6.3.1、 6.3.2 摄像管的作用及结构及分类摄像管的作用及结构及分类1.摄像管的作用：摄像管的作用：将空间光强分布的光学图像记录并转换成视将空间光强分布的光学图像记录并转换成视频信号的成像装置频信号的成像装置-利用外光电效应进行光电转换的利用外光电效应进行光电转换的1）光电发射型摄像管）光电发射型摄像管2.分类分类光电转换光电转换电荷的积累电荷的积累电信号的存储和扫描电信号的存储和扫描有移像区有移像区2）光电导型摄像管（视像管）光电导型摄像管（视像管） -利用光电导器件进行光电转换利用光电导器件进行光电转换无移像区无移像区

9、两者的两者的不同不同之处之处: 前者有移像区前者有移像区,后者无后者无光电阴极光电阴极电子光学系统电子光学系统移移像像区区两者相同之处两者相同之处:扫描区扫描区电子枪电子枪灯丝灯丝,热阴极热阴极,控制栅极控制栅极,各加速电极各加速电极,聚焦线圈聚焦线圈,偏转线圈偏转线圈,校正线圈校正线圈6.4.1 视像管靶视像管靶6.4 光导靶和存储靶光导靶和存储靶N信号板信号板 硅靶结构图硅靶结构图 视像管等效电路图视像管等效电路图 视像管等效电路图视像管等效电路图三个过程：三个过程：（1）无光照扫描）无光照扫描 充电充电(归零归零)（2）有光照无扫描）有光照无扫描 光光 电电（3）电子束再次扫描）电子束再

10、次扫描, 输出输出(归零归零)PNU0U0IsINPSnO2RL光光a）硒化镉）硒化镉（CdSe）靶）靶b）硒砷碲）硒砷碲（SeAsTe）靶）靶c）碲化锌镉）碲化锌镉（ZnCdTe）靶）靶像元连续，像元连续，分辨率高分辨率高光谱响应范围宽，动态范围光谱响应范围宽，动态范围大，信号电流大，暗电流小，大，信号电流大，暗电流小，分辨率高，惰性小分辨率高，惰性小X值小，灵敏度高，暗值小，灵敏度高，暗电流增大，光谱特性峰电流增大，光谱特性峰值波长向长波方向移动值波长向长波方向移动6.4.2 光电发射型摄像管靶光电发射型摄像管靶-存储靶存储靶 支撑层支撑层（Al2O3）信号板（信号板（Al膜）膜）疏松的疏

11、松的KCl电子束电子束三个过程：三个过程：（1）无光照扫描）无光照扫描 零电位零电位（2）有光照无扫描）有光照无扫描 电位升高电位升高（3）电子束再次扫描）电子束再次扫描 输出输出一次电子加速电压为一次电子加速电压为8KV时的二次电子增益时的二次电子增益约为约为（133）左右左右特点：响应率高，改变加速电压的大小可得到特点：响应率高，改变加速电压的大小可得到80200倍的倍的增益，但极限分辨率稍低增益，但极限分辨率稍低 约为约为600TVL0eeU0ISN 硅靶结构图硅靶结构图电电子子增强硅靶灵敏度比硅靶灵敏增强硅靶灵敏度比硅靶灵敏度大两个数量级，靶不易烧度大两个数量级，靶不易烧伤，寿命长。伤

12、，寿命长。AL光光电子电子轰击硅靶轰击硅靶电子空穴对电子空穴对光电阴极光电阴极PNU0U0Is6.5 摄像管的特性参数摄像管的特性参数6.5.1 摄像管的特性参数摄像管的特性参数如果如果=1表表示示线性关系线性关系如如11时灰度畸变，时灰度畸变，一般一般1EKu1lm/A10IS6Su黑白条纹总合为黑白条纹总合为N（垂直分辨力）：（垂直分辨力）：TVL/H（1）极限分辨力）极限分辨力极限分辨率：极限分辨率：则黑白条纹对数为则黑白条纹对数为:h2NhN2（2）调制传递函数）调制传递函数BABAMf 调制度传递函数曲线调制度传递函数曲线 MTF（%）%100ioMMMTF产生惰性的原因产生惰性的原因一是：光电导惰性一是：光电导惰性 二是：电容性惰性，由二是：电容性惰性，由RbC决定决定惰性会引起图像模糊，或彩色拖尾等问题惰性会引起图像模糊，或彩色拖尾等问题暗电流暗电流-PN结摄像管：暗电流很小结摄像管：暗电流很小光电发射摄像管：光电阴极的热发射电子、场致发射电子、光电发射摄像管：光电阴极的热发射电子、场致发射电子、离子流等引起离子流等引起噪声噪声-视像管的主要噪声：前置放大器噪声、负载电阻的热噪声。视像管的主要噪声：前置放大器噪声、负载电阻