第六章 真空成像器件

第六章真空成像器件光电成像器件真空成像器件固体成像器件像管变像管像增强管摄像管光电发射型像管（摄像管）光电导型像管（视像管）无存储直视不可见光可见光弱光强光有存储非直视6.1像管变像管：能够把不可见光的图像变为可见光的图像图像增强管：把亮度很低的光学图像转变为高亮度的图像光电阴极电子透镜萤光面照像机或人眼

像管结构原理示意图6.1.1像管结构和工作原理光电阴极电子透镜萤光面照像机或人眼

像管结构原理示意图1.光电阴极使不可见光图像或亮度很低的光图像转化为电子图像常用的光电阴极有：银氧像光电阴极、单碱或多碱光电阴极、各种紫外光电阴极、及负电子亲合势光电阴极2.电子光学系统（1）静电系统非聚焦型（近贴式像管）：光电阴极萤光面分辨率低聚焦型：（2）复合聚焦电子光学系统（电磁聚焦系统）

电磁聚焦型像管中电子的运动线圈设渡越时间为:t电子运动一圈的时间为：Tt=nT3.荧光屏在高速电子的轰击下将电子图像转化为可见光图像光电阴极电子透镜萤光面照像机或人眼

像管结构原理示意图6.1.2像管的特性参数1.光谱响应特性和光谱匹配光谱响应特性：由光电阴极决定光谱匹配：光源与光电阴极;荧光屏与人眼视觉函数2.增益特性图像增强管的亮度增益-----荧光屏上的辐射出射度与入射到像管光电阴极上的照度之比：单级图像增强管的增益为Ba光电阴极电子透镜萤光面照像机或人眼

像管结构原理示意图荧光屏的发光效率光电阴极对光源的积分灵敏度阳极电压光电子透过系数阴极面积阳极面积3.等效背景照度等效背景照度：产生与暗背景相同辐射出射度时入射辐射照度值暗背景：在无输入图像时加上工作电压时荧光屏上仍然有一定的亮度，称为暗背景4.分辩率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lP/mm光电阴极电子透镜萤光面照像机或人眼

像管结构原理示意图6.2常见像管6.2.1常见变像管1.红外变像管光电阴极多为S-I(Ag-O-Cs)阴极，可使波长小于1.15μm的红外光变成光电子负电子亲合势阴极：可把波长大于1.15μm的红外光变成光电子2.紫外变像管3.选通式变像管窗口材料为石英材料，光电阴极为S-11阴极，可以使波长大于200nm的紫外光变成光电子6.2.2常见像增强管1.级联式像增强管第一、级间的输入-输出是用光纤面板制成第二、注意最后一级荧光屏的发射光谱特性要与人眼视觉相吻合(第一代)2.微通道板像增强管（第二代）双近贴式这种管子体积小、重量轻、使用方便，但像质和分辨率较差倒像式电子经过聚焦后又进入微通道板，所以像质和分辨率比较高3.第三代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的使用4.X射线像增强管---实质是变像管将不可见的X射线图像转变为可见光图像，并进一步的增强，常用于医疗诊断和工业探伤6.2.3*

特殊变像管1.图像放大像管在放大20.6倍的情况下，分辨率可从40lP/mm提高到400lp/mm2.多功能像增强器图像可在X和Y两个方向上移动放大，并可以发生偏转3.位置敏感传感器像管用位置敏感传感器（PSD）代替一般的荧光屏，并有多个微通道板MCP，用于测量光点的位置。4.装有光电导靶的反射式变像管6.3摄像管6.3.1、6.3.2摄像管的作用及结构及分类1.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频信号的成像装置----利用外光电效应进行光电转换的1）光电发射型摄像管2.分类光电转换→电荷的积累→电信号的存储和扫描有移像区2）光电导型摄像管（视像管）--利用光电导器件进行光电转换无移像区两者的不同之处:前者有移像区,后者无光电阴极电子光学系统移像区两者相同之处:扫描区电子枪灯丝,热阴极,控制栅极,各加速电极,聚焦线圈,偏转线圈,校正线圈6.4.1视像管靶6.4光导靶和存储靶N信号板

硅靶结构图1.硅靶

视像管等效电路图

视像管等效电路图三个过程：（1）无光照扫描充电(归零)（2）有光照无扫描光→

电（3）电子束再次扫描,输出(归零)PNU≈0U>0Is2*.氧化铅靶INPSnO2RL光3*.异质结靶a）硒化镉（CdSe）靶b）硒砷碲（SeAsTe）靶c）碲化锌镉（ZnCdTe）靶像元连续，分辨率高光谱响应范围宽，动态范围大，信号电流大，暗电流小，分辨率高，惰性小X值小，灵敏度高，暗电流增大，光谱特性峰值波长向长波方向移动6.4.2光电发射型摄像管靶----存储靶1.二次电子传导靶（SEC）

支撑层（Al2O3）信号板（Al膜）疏松的KCl电子束三个过程：（1）无光照扫描零电位（2）有光照无扫描电位升高（3）电子束再次扫描输出一次电子加速电压为8KV时的二次电子增益约为（133）左右特点：响应率高，改变加速电压的大小可得到80~200倍的增益，但极限分辨率稍低约为600TVL0eeU>0IS2.增强硅靶（SIT）N

硅靶结构图电子增强硅靶灵敏度比硅靶灵敏度大两个数量级，靶不易烧伤，寿命长。AL光电子轰击硅靶电子空穴对光电阴极PNU≈0U>0Is6.5摄像管的特性参数6.5.1摄像管的特性参数2.光电特性如果γ=1表示线性关系如γ≠1时灰度畸变，一般γ<11.灵敏度u3.分辨力黑白条纹总合为N（垂直分辨力）：TVL/H（1）极限分辨力极限分辨率：则黑白条纹对数为:h（2）调制传递函数f

调制度传递函数曲线MTF（%）4.惰性产生惰性的原因一是：光电导惰性二是：电容性惰性，由RbC决定惰性会引起图像模糊，或彩色拖尾等问题5.暗电流和噪声暗电流---PN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、离子流等引起噪声--