真空成像器件

1、光电成像器件光电成像器件光电成像器件真空成像器件固体成像器件像管摄像管电荷耦合器件光电二极管列阵 光电成像器件(Photoelectronic imaging devices)，图像传感器，一类能够输出图像信息的阵列器件，用于“面源”探测。光电成像器件的分类光电成像器件的分类有无扫描机构变像管像增强器像管摄像管把不可见变可见把微弱增强电子束扫描后显示真空成像器件真空成像器件 变像管：红外夜视仪，紫外变像管和光学显微镜结合用于生物和医学研究 像增强器：微光夜视技术 摄像管：交通管理，机器人的眼睛，电视，摄像机.真空成像器件真空成像器件-应用举例应用举例三大功能三大功能 变换光谱：将红外、紫外的辐

2、射图像变成可见图像变换光谱：将红外、紫外的辐射图像变成可见图像 增强亮度：使图像亮度接近人眼的视觉响应峰值增强亮度：使图像亮度接近人眼的视觉响应峰值 光学成像：将电子图像在荧光屏上变成光学图像光学成像：将电子图像在荧光屏上变成光学图像像管：变像管和像增强管的统称。像管：变像管和像增强管的统称。像管的工作原理像管的工作原理 涂覆于真空管内壁的光电发射材料薄膜 红外：银氧铯；可见：单碱和多碱；紫外；负电子亲和势。（参见书第四章）光电阴极光电阴极 非聚焦型像管（近贴型）非聚焦型像管（近贴型） 两个平行电极间形成均匀电场 从同一点出发不同初速的电子，在均匀电场作用下，以抛物线轨迹向荧光屏投射 均匀电场

3、只有加速投射作用，没有聚焦成像作用 电子不能会聚成像点，而是弥散圆斑 分辨率低三大类像管（三大类像管（1） 静电聚焦型像管静电聚焦型像管 阴极发射电子从阳极中小孔通过，电子被聚焦加速 当各电极电压之比保持不变时，电子轨迹也基本不变，各电极电压多用电阻链分压的办法供给。 成倒像三大类像管（三大类像管（2） 电磁复合聚焦型电磁复合聚焦型 由磁场聚焦和电场加速共同完成成像作用。 轴向有相同初速度的电子，以螺旋线前进，聚焦于同一点。 用于需高性能像质的场合，如天文测量。三大类像管（三大类像管（3） 作用是将电子动能转换为光能。 高转换效率 发射谱与人眼或下级光电阴极的光谱响应特性匹配。荧光屏荧光屏光谱

4、响应特性和光谱匹配 光谱响应特性指：光电阴极的光谱响应特性，它决定管子所能应用的光谱范围。Q：由上面的特性可以联系到什么器件？ 光谱匹配：在像管的光谱响应范围内光源与光电阴极、光电阴极与荧光屏、荧光屏与人眼视觉函数之间的光谱分布匹配，匹配好，则像管灵敏度高。像管的主要特性参数像管的主要特性参数2100)()()(AAddS光谱匹配函数光谱匹配函数增益特性 亮度增益：荧光屏的光出射度和入射至光电阴极表面上的照度之比。lx照在光/d荧光屏的亮度，单位2B电阴极上的照度，单位kakaEmcBEBG像管的主要特性参数像管的主要特性参数等效背景照度 暗背景：无光照射时荧光屏的发光。 荧光屏上的目标叠加了

5、一个背景亮度，使图像对比度下降，严重时可能使微光图像淹没在背景中。 等效背景照度EBI：荧光屏上产生与暗背景相等亮度时，光电阴极面上需输入的照度值。BbGBEBI Bb为暗背景亮度，单位为cd/m2 ；Gb为亮度增益。 变像管的EBI在10-3lx量级；像增强器在10-7lx量级。像管的主要特性参数像管的主要特性参数分辨率分辨率 标准测试板通过像管后，在荧光屏上每毫米长度上用目测法能分辨得开的条纹对数。 每毫米线对数，lp/mm调制传递函数调制传递函数* P176光电技术，江文杰等编著， 科学出版社，pp:190-191，2009.像管的主要特性参数像管的主要特性参数红外夜视仪红外夜视仪 红外

6、辐射图像被光学物镜成像后位于光电阴极的前方，该辐射图像相当于对光电阴极有一辐射通量，光电阴极将其变成与其亮度成正比的电子图像，经静电聚焦后轰击荧光屏，再转成光学图像。 变像管与激光器同步工作，减小背景光影响，提高图像对比度和质量。选通式变像管选通式变像管 级联式像增强器第一代像增强器第一代像增强器 微通道板像增强器（micro channel plate, MCP） 微通道光电倍增管 P93 二次电子发射倍增系数=2，累计碰撞倍增次数n=10，微通道的总增益G =n = 2101000 倍第二代像增强器第二代像增强器 可见光较高灵敏度，近红外较高量子效率。 同时具有光谱变换和图像增强作用。 进

7、一步提高分辨率、信噪比等性能参数，开发超三代和第四代像增强器。负电子亲和势负电子亲和势光电阴极光电阴极微通道板微通道板P66-68第三代像增强器第三代像增强器 微光夜瞄镜微光夜瞄镜像增强器的典型应用像增强器的典型应用 X X射线像增强器射线像增强器 医疗诊断中，使拍照所需X射线剂量比原来减少，大大降低了X射线对病人的危害。 工业探伤像增强器的典型应用像增强器的典型应用有无扫描机构变像管像增强器像管摄像管把不可见变可见把微弱增强电子束扫描后显示真空成像器件真空成像器件 将输入的光学图像转换为电荷图像 通过电荷的积累和储存构成电位图像 通过电子束扫描读出电位图像，形成视频信号输出光电变换光电变换光

8、电信息积累、储存光电信息积累、储存扫描输出扫描输出真空摄像管真空摄像管 光电发射型（a）：外光电发射效应 视像管（b）：内光电效应真空摄像管分类真空摄像管分类光电效应分类光电效应分类效应相应探测器外光电效应光阴极发射光电子光电管 P68光电子倍增光电倍增管 P69像增强器 P170内光电效应光电导光敏电阻 P103光生伏特零偏，反偏 P119光电池 P121光电二极管 P125光电变换光电变换光电信息积累、储存光电信息积累、储存扫描输出扫描输出 移像区：使光电子在运动中获得能量，从而在靶面上产生更多电荷，提高灵敏度。视像管靶光电阴极存储靶两种真空摄像管的区别两种真空摄像管的区别 灵敏度 光电转

9、换特性 对数坐标上信号电流与照度关系曲线的斜率，称为特性。表示对灰度的传递功能。图像不失真: =1。 分辨率 （P169） 图像细节的分辨能力。 惰性 输出信号变化相对于照度变化有滞后。 暗电流和噪声 动态范围 同一幅图像中，摄像管能处理的最高照度值与最低照度值之比。)lm/A(106EAISts摄像管的主要特性参数摄像管的主要特性参数聚焦线圈聚焦线圈：使到达靶面中心的电子束聚成一锐点 偏转线圈偏转线圈：使电子束按一定规律扫描靶面，读取图像信息校正线圈校正线圈：使聚焦后的电子束垂直上靶 关键部件关键部件：视像管靶视像管视像管 二次电子传导摄像管（SEC） 增强硅靶管（SIT）光电发射摄像管光电

10、发射摄像管1934年就成功地研制出光电摄像管（年就成功地研制出光电摄像管（Iconoscope），用于），用于室内外的广播电视摄像。但是，它的灵敏度很低，信噪比很低，室内外的广播电视摄像。但是，它的灵敏度很低，信噪比很低，需要高于需要高于10000lx的照度才能获得较为清晰的图像。使它的应的照度才能获得较为清晰的图像。使它的应用受到限制。用受到限制。1947年制出的超正析像管（年制出的超正析像管（Imaige Orthico），它的灵敏度），它的灵敏度有所提高，但是最低照度仍要求在有所提高，但是最低照度仍要求在2000lx以上。以上。1954年投放市场的高灵敏视像管（年投放市场的高灵敏视像管（

11、Vidicon）基本具有了成）基本具有了成本低，体积小，结构简单的特点，使广播电视事业和工业电视本低，体积小，结构简单的特点，使广播电视事业和工业电视事业有了更大的发展。事业有了更大的发展。图像传感器的发展历史图像传感器的发展历史1965年推出的氧化铅视像管年推出的氧化铅视像管(Plumbicon)成功地取代了超正成功地取代了超正析像管，发展了彩色电视摄像机，使彩色广播电视摄像机的析像管，发展了彩色电视摄像机，使彩色广播电视摄像机的发展产生一次飞跃。诞生了发展产生一次飞跃。诞生了1英寸，英寸，1/2英寸，甚至于英寸，甚至于1/3英寸英寸（8mm）靶面的彩色摄像机。然而，氧化铅视像管抗强光的）靶面的彩色摄像机。然而，氧化铅视像管抗强光的能力低，余辉效应影响了它的采样速率。能力低，余辉效应影响了它的采样速率。1976年，又相继研制出灵敏度更高，成本更低的硒靶管年，又相继研制出灵敏度更高，成本更低的硒靶管（Saticon）和硅靶管（）和硅靶管（Siticon）。不断满足人们对图像传）。不断满足人们对图像传感器日益增长的需要。感器