第6章真空成像器件.ppt

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1、第第6章章 真空成像器件真空成像器件了解：了解：光电子成像技术的重要性；光电子成像技术的重要性；理解：理解：像管的三个基本部分组成，成像的三个物理过程，每像管的三个基本部分组成，成像的三个物理过程，每 个过程的理论依据个过程的理论依据;理解：理解：级联式像增强器、微通道板像增强器、第三代像增强级联式像增强器、微通道板像增强器、第三代像增强 器和第四代像增强器；器和第四代像增强器；理解：理解：摄像管的作用、区别及分类摄像管的作用、区别及分类;理解：理解：慢电子束扫描概念，靶网电极的作用；慢电子束扫描概念，靶网电极的作用；理解：理解：硅靶结构和工作过程；氧化铅结构和工作过程；异质硅靶结构和工作过程

2、；氧化铅结构和工作过程；异质 结靶：硒砷碲靶、结靶：硒砷碲靶、硒化镉靶硒化镉靶、碲化锌镉靶；、碲化锌镉靶；理解：理解：二次电子传导靶结构、每层作用及工作过程。二次电子传导靶结构、每层作用及工作过程。作为军用夜视和光电子成像技术的重要组成部分作为军用夜视和光电子成像技术的重要组成部分,光电子光电子成像器件一直受到各国军界的高度重视和支持。成像器件一直受到各国军界的高度重视和支持。美军装备的美军装备的“猫眼猫眼”夜视镜，在气候良好的黑夜，视距可夜视镜，在气候良好的黑夜，视距可达达11公里。地面部队和海军陆战队装备的微光夜视仪，可将环境公里。地面部队和海军陆战队装备的微光夜视仪，可将环境光光放大近万

3、倍放大近万倍，能发现公里以内的车辆和公里以内的人，能发现公里以内的车辆和公里以内的人员。员。“白天是敌人的，晚上是我们的白天是敌人的，晚上是我们的”传统作战经验；传统作战经验；只要伪装好，只要伪装好，“高抬腿、轻迈步高抬腿、轻迈步”，不出声响，就可接近敌人。，不出声响，就可接近敌人。在在“沙漠风暴沙漠风暴”的空袭阶段，夜间出动飞机的架次占总架次的空袭阶段，夜间出动飞机的架次占总架次的；在的；在“沙漠军刀沙漠军刀”的地面作战阶段，发起攻击和主要作的地面作战阶段，发起攻击和主要作战行动的时机，也都选在凌晨或夜间。即使在无星无月的夜晚，战行动的时机，也都选在凌晨或夜间。即使在无星无月的夜晚，也能有效

4、地实施大规模的空袭和地面作战。也能有效地实施大规模的空袭和地面作战。像管和摄象管的主要区别像管和摄象管的主要区别:像管内部没有扫描机构，不能像管内部没有扫描机构，不能输出电视信号。输出电视信号。固体成像器件固体成像器件，只要通过某些特殊结构或电路读出电信，只要通过某些特殊结构或电路读出电信号，然后通过显示器件再成像。号，然后通过显示器件再成像。真空成像器件真空成像器件都具有一个真空管，都将光电成像单元放都具有一个真空管，都将光电成像单元放置于真空管中，所以也可称置于真空管中，所以也可称真空光电成像器件真空光电成像器件 光电子成像技术是光电子学的重要组成部分光电子成像技术是光电子学的重要组成部分

5、。它能弥补。它能弥补或改善人眼在空间、时间、灵敏度和响应波段等方面分辨能或改善人眼在空间、时间、灵敏度和响应波段等方面分辨能力的局限力的局限,大大扩展了人眼的视野大大扩展了人眼的视野,把人眼天生不能看见或不把人眼天生不能看见或不易看见的微弱光、红外光、易看见的微弱光、红外光、x光、紫外光及其他电磁辐射下光、紫外光及其他电磁辐射下的静态和瞬态景物的静态和瞬态景物,变为可视图像。变为可视图像。光电成像器件是能输出图像信息的一类器件光电成像器件是能输出图像信息的一类器件.管内有无扫管内有无扫描机构描机构 摄像管根据光电转换的方式又分为光电发摄像管根据光电转换的方式又分为光电发射型摄像管射型摄像管(摄

6、像管摄像管)和光电导型摄像管和光电导型摄像管(视像视像管管)光电成像器件光电成像器件固体成像器件固体成像器件真空成像器件真空成像器件像像 管管摄像管摄像管变像管变像管像增强管像增强管摄像管摄像管视像管视像管 因此因此,作为现代信息科学的一个重要内容作为现代信息科学的一个重要内容,光电子成像技术光电子成像技术一直受到人们的普遍关注一直受到人们的普遍关注,发展异常迅速。发展异常迅速。美军仰仗先进的夜视器材，改变了过去不敢夜战和不善夜美军仰仗先进的夜视器材，改变了过去不敢夜战和不善夜战的被动状况，将夜暗转变成对己方有利的夜幕屏障，使战场战的被动状况，将夜暗转变成对己方有利的夜幕屏障，使战场在很大程度

7、上变成了对美军在很大程度上变成了对美军“单向透明单向透明”的战场，主要作战行动的战场，主要作战行动基本都在夜间进行。基本都在夜间进行。使用方法与使用望远镜相似；观察远处使用方法与使用望远镜相似；观察远处景物时，须用它直接面对着景物。景物时，须用它直接面对着景物。像管包括像管包括:变像管和像增强器，都具有光谱变换、图变像管和像增强器，都具有光谱变换、图像增强和成像的功能。像增强和成像的功能。变像管变像管:能把各种不可见辐射图像转换成可见光图像能把各种不可见辐射图像转换成可见光图像的真空光电成像器件。的真空光电成像器件。像增强器像增强器:能把微弱的辐射图像增强到人眼可直接观能把微弱的辐射图像增强到

8、人眼可直接观察的真空光电成像器件，因此也称为微光管。察的真空光电成像器件，因此也称为微光管。一一 像管像管1.1.像管结构和工作原理像管结构和工作原理 像管由三个基本部分组成；像管由三个基本部分组成；其成像有三个物理过程；每个其成像有三个物理过程；每个过程的理论依据要搞清楚！过程的理论依据要搞清楚！灵敏度高灵敏度高,波长波长响应范围较宽响应范围较宽 光电阴极光电阴极使不可见的或亮度很低的辐射图像转换成使不可见的或亮度很低的辐射图像转换成电子图像。电子图像。银氧铯光电阴极银氧铯光电阴极；单碱和多碱光电阴极单碱和多碱光电阴极；各种紫外光电阴极各种紫外光电阴极；负电子亲和势（负电子亲和势（NEANE

9、A）光电阴极）光电阴极（1 1）光电阴极光电阴极像管中常用的光电阴极有四种像管中常用的光电阴极有四种对可见光敏对可见光敏感感对红外光敏对红外光敏感感 光电阴极完成成像的物理过程及其理论依据：光电阴极完成成像的物理过程及其理论依据：物理过程：物理过程：将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图像射图像转换成电子图像。物理过程的理论依据：物理过程的理论依据：外光电效应和爱因斯坦定律外光电效应和爱因斯坦定律 电子光学系统电子光学系统对电子施加很强电场，使电子获得能量，对电子施加很强电场，使电子获得能量，因而能将光电阴极发出的电子束加速并聚焦成像在荧光屏

10、上；因而能将光电阴极发出的电子束加速并聚焦成像在荧光屏上；从而实现图像亮度的增强，使荧光屏发射出强得多的光能从而实现图像亮度的增强，使荧光屏发射出强得多的光能。静电系统：静电系统：靠静电场的加速和聚焦作用来完成；靠静电场的加速和聚焦作用来完成；电磁复合系统：电磁复合系统：靠静电场的加速和磁场的聚焦作用来共同完靠静电场的加速和磁场的聚焦作用来共同完成成。（2 2）.电子光学系电子光学系统统电子光学系统有两种形式电子光学系统有两种形式:静电系统和电磁复合系统静电系统和电磁复合系统电子光学系统电子光学系统完成成像的物理过程及其理论依据：完成成像的物理过程及其理论依据：物理过程：物理过程：使电子图像聚

11、焦成像并获得能量增强或数量使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增；倍增；物理过程的理论依据：物理过程的理论依据：利用电子在静电场或电磁复合场利用电子在静电场或电磁复合场中运动规律来获得能量或者利用微通道板中二次电子发射来增中运动规律来获得能量或者利用微通道板中二次电子发射来增加电子流密度进行图像增强。加电子流密度进行图像增强。P-1:ZnS:Ag P-2:(ZnCd)S:Ag P-3:ZnS:Cu(3).(3).荧光屏荧光屏 荧光屏的作用：荧光屏的作用：是在高速电子的轰击下将电子图像是在高速电子的轰击下将电子图像转换成可见光图像。转换成可见光图像。要求要求:荧光屏不仅要有高的转换效率，而且

12、屏的发射荧光屏不仅要有高的转换效率，而且屏的发射光谱要同人眼或与之耦合的下级光电阴极的吸收光谱一致光谱要同人眼或与之耦合的下级光电阴极的吸收光谱一致 注意注意:通常在电子入射的一边镀上铝层通常在电子入射的一边镀上铝层?常见荧光屏发光常见荧光屏发光材料的光谱发射材料的光谱发射特性特性 目的目的:铝膜厚铝膜厚0.20.2微米；可以引走荧光屏上积累的负电微米；可以引走荧光屏上积累的负电荷荷;避免光反馈，增加发射光的输出避免光反馈，增加发射光的输出.荧光屏荧光屏完成成像的物理过程及其理论依据：完成成像的物理过程及其理论依据：物理过程：物理过程：将获得增强后的电子图像转换成可见的光学将获得增强后的电子图

13、像转换成可见的光学图像；图像；物理过程的理论依据：物理过程的理论依据：利用的是荧光屏上的发光材料可利用的是荧光屏上的发光材料可以将光电子动能转换成光能来显示光学图像以将光电子动能转换成光能来显示光学图像。增益增益是荧光屏的亮度是荧光屏的亮度Ba和入射至光电阴极面上的照和入射至光电阴极面上的照度度Ek之比，以之比，以GB表示：表示：kaBEBG2.2.像管的特性参像管的特性参数数(1).(1).光谱响应特性和光谱匹配光谱响应特性和光谱匹配 光谱响应特性光谱响应特性:由光电阴极的响应特性决定，因此描述由光电阴极的响应特性决定，因此描述像管光谱响应性的参量与第像管光谱响应性的参量与第5 5章光电阴极

14、的一致。章光电阴极的一致。光谱匹配光谱匹配:是指像管的光源与光电阴极、光电阴极与荧是指像管的光源与光电阴极、光电阴极与荧光屏、荧光屏与人眼视觉函数或摄像机之间的光谱分布匹光屏、荧光屏与人眼视觉函数或摄像机之间的光谱分布匹配，匹配良好，像管将获得较高的灵敏度。配，匹配良好，像管将获得较高的灵敏度。(2).(2).增益特性增益特性 像管置于完全黑暗的环境中，加上电压后，荧光屏像管置于完全黑暗的环境中，加上电压后，荧光屏上会发出一定亮度的光。这种光称为像管的暗背景。上会发出一定亮度的光。这种光称为像管的暗背景。BbGBEBI(3).(3).等效背景照度等效背景照度 等效背景照度等效背景照度:指在荧光

15、屏上产生同暗背景相等的亮指在荧光屏上产生同暗背景相等的亮度时，光电阴极面上所需的输入照度值度时，光电阴极面上所需的输入照度值 分辨率分辨率:指用标准测试板通过像管成像后，在荧光屏指用标准测试板通过像管成像后，在荧光屏的每毫米长度上用目测法能分辨得开的黑白相间等宽距的每毫米长度上用目测法能分辨得开的黑白相间等宽距条纹的对数。条纹的对数。Bb为暗背为暗背景亮度景亮度(4).(4).分辨率分辨率 暗背景的存在，使图像的对比度下降，图像太微弱时暗背景的存在，使图像的对比度下降，图像太微弱时可能淹没在背景中不能辨别。可能淹没在背景中不能辨别。单位单位:lp/mm。1.常见变像管常见变像管（1）.红外变像

16、管红外变像管二二.常见像管常见像管 红外变像管红外变像管结构图结构图:光电阴极和荧光屏光电阴极和荧光屏都是平面，使边缘都是平面，使边缘像质变差像质变差 紫外变象管紫外变象管:窗口材料为石英玻璃，紫外变象管与光学窗口材料为石英玻璃，紫外变象管与光学显微镜结合起来，可用于医学和生物学等方面的研究。显微镜结合起来，可用于医学和生物学等方面的研究。（2）.紫外变像管紫外变像管对于波长大于对于波长大于1.15m的红外的红外光，采用负电子亲和势光，采用负电子亲和势光电阴极。光电阴极。该管由光电阴极、该管由光电阴极、阳极和荧光屏三部阳极和荧光屏三部分组成分组成 它可以使波长大于它可以使波长大于200nm的紫外光变成光电子的紫外光变成光电子光电阴极为光电阴极为Ag-O-Cs材料的像管，材料的像管，称为红外变像管称为红外变像管.可以使波长小于可以使波长小于1.15m的红外光变成光电子。的红外光变成光电子。光电阴极和荧光屏制成平凹形，光电阴极和荧光屏制成平凹形，经过光纤面板的导光，大大提经过光纤面板的导光，大大提高了像质高了像质（3 3）选通式变像管选通式变像管 在变像管的光电阴极和阳极间增加一对带孔阑的