真空成像器件.ppt
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于同一点。 • 用于需高性能像质的场合，如天文测量。
荧光屏
• 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。
像管的主要特性参数
光谱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？
光电成像器件
光电成像器件的分类
• 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
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
真空成像器件 有无扫描机构
像管
变像管
像增强器
光电效应分类
外光电效应 内光电效应
效应 光阴极发射光电子 光电子倍增
光电导 光生伏特 零偏，反偏 P119
相应探测器
光电管
P68
光电倍增管 像增强器 光敏电阻
P69 P170 P103
光电池
P121
光电二极管 P125
两种真空摄像管的区别
视像管靶
光电变换 光电信息积累、储存
光电阴极 存储靶
扫描输出
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。
光谱匹配函数
() S()d
0 ()d
A1 A2
0
像管的主要特性参数
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。
• 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。
第一代像增强器 • 级联式像增强器
第二代像增强器
• 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δ=2，累计碰撞倍增次数 n=10，微通道的总增益G =δn = 210≈1000 倍
度时，光电阴极面上需输入的照度值。
EBI Bb GB
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
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
像管：变像管和像增强管的统称。
光电阴极
• 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）
三大类像管（1）
• 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 • 均匀电场只有加速投射作用，没有聚焦成
• 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。
摄像管的主要特性参数
• 灵敏度
S I s 10 6 (μA / lm)
• 光电转换特性
At E
对数坐标上信号电流与照度关系曲线的斜率，称为 γ 特性。表示对灰度的传递功能。图像不失真:γ =1。
• 分辨率 （PBaidu Nhomakorabea69）
第三代像增强器
负电子亲和势 光电阴极
P66-68
微通道板
• 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。
像增强器的典型应用
• 微光夜瞄镜
像增强器的典型应用
• X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
真空成像器件 有无扫描机构
像管
变像管
像增强器
把不可见变可见 把微弱增强
摄像管
电子束扫 描后显示
真空摄像管
• 将输入的光学图光像电转变换换为电荷图像 • 通过电荷的光积电累信和息储积存累构、成储电存位图像 • 通过电子束扫描扫读描出输电出位图像，形成视频
信号输出
真空摄像管分类
• 光电发射型（a）：外光电发射效应 • 视像管（b）：内光电效应
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.
红外夜视仪
红外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。
选通式变像管
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。
视像管
聚焦线圈：使到达靶面中心的电子束聚成一锐点 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：使聚焦后的电子束垂直上靶 关键部件：视像管靶
把不可见变可见 把微弱增强
摄像管
电子束扫 描后显示
真空成像器件-应用举例
• 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…..
像管的工作原理
三大功能 • 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 • 光学成像：将电子图像在荧光屏上变成光学图像
GB
Ba Ek
Ba荧光屏的亮度，单位 cd / m2
Ek照在光电阴极上的照度，单位 lx
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
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（2）
• 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（3）
• 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
光电发射摄像管
• 二次电子传导摄像管（SEC） • 增强硅靶管（SIT）
荧光屏
• 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。
像管的主要特性参数
光谱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？
光电成像器件
光电成像器件的分类
• 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
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
真空成像器件 有无扫描机构
像管
变像管
像增强器
光电效应分类
外光电效应 内光电效应
效应 光阴极发射光电子 光电子倍增
光电导 光生伏特 零偏，反偏 P119
相应探测器
光电管
P68
光电倍增管 像增强器 光敏电阻
P69 P170 P103
光电池
P121
光电二极管 P125
两种真空摄像管的区别
视像管靶
光电变换 光电信息积累、储存
光电阴极 存储靶
扫描输出
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。
光谱匹配函数
() S()d
0 ()d
A1 A2
0
像管的主要特性参数
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。
• 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。
第一代像增强器 • 级联式像增强器
第二代像增强器
• 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δ=2，累计碰撞倍增次数 n=10，微通道的总增益G =δn = 210≈1000 倍
度时，光电阴极面上需输入的照度值。
EBI Bb GB
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
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
像管：变像管和像增强管的统称。
光电阴极
• 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）
三大类像管（1）
• 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 • 均匀电场只有加速投射作用，没有聚焦成
• 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。
摄像管的主要特性参数
• 灵敏度
S I s 10 6 (μA / lm)
• 光电转换特性
At E
对数坐标上信号电流与照度关系曲线的斜率，称为 γ 特性。表示对灰度的传递功能。图像不失真:γ =1。
• 分辨率 （PBaidu Nhomakorabea69）
第三代像增强器
负电子亲和势 光电阴极
P66-68
微通道板
• 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。
像增强器的典型应用
• 微光夜瞄镜
像增强器的典型应用
• X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
真空成像器件 有无扫描机构
像管
变像管
像增强器
把不可见变可见 把微弱增强
摄像管
电子束扫 描后显示
真空摄像管
• 将输入的光学图光像电转变换换为电荷图像 • 通过电荷的光积电累信和息储积存累构、成储电存位图像 • 通过电子束扫描扫读描出输电出位图像，形成视频
信号输出
真空摄像管分类
• 光电发射型（a）：外光电发射效应 • 视像管（b）：内光电效应
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.
红外夜视仪
红外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。
选通式变像管
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。
视像管
聚焦线圈：使到达靶面中心的电子束聚成一锐点 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：使聚焦后的电子束垂直上靶 关键部件：视像管靶
把不可见变可见 把微弱增强
摄像管
电子束扫 描后显示
真空成像器件-应用举例
• 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…..
像管的工作原理
三大功能 • 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 • 光学成像：将电子图像在荧光屏上变成光学图像
GB
Ba Ek
Ba荧光屏的亮度，单位 cd / m2
Ek照在光电阴极上的照度，单位 lx
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
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（2）
• 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（3）
• 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
光电发射摄像管
• 二次电子传导摄像管（SEC） • 增强硅靶管（SIT）