真空成像器件.ppt

1、光電成像器件,光電成像器件(Photoelectronic imaging devices)，圖像傳感器，一類(lèi)能夠輸出圖像信息的陣列器件，用于“面源”探測(cè)。,光電成像器件的分類(lèi),有無(wú)掃描機(jī)構(gòu),變像管,像增強(qiáng)器,像管,攝像管,把不可見(jiàn)變可見(jiàn),把微弱增強(qiáng),電子束掃描后顯示,真空成像器件,變像管：紅外夜視儀，紫外變像管和光學(xué)顯微鏡結(jié)合用于生物和醫(yī)學(xué)研究 像增強(qiáng)器：微光夜視技術(shù) 攝像管：交通管理，機(jī)器人的眼睛，電視，攝像機(jī).,真空成像器件-應(yīng)用舉例,三大功能 變換光譜：將紅外、紫外的輻射圖像變成可見(jiàn)圖像 增強(qiáng)亮度：使圖像亮度接近人眼的視覺(jué)響應(yīng)峰值 光學(xué)成像：將電子圖像在熒光屏上變成光學(xué)圖像,像管：變像

2、管和像增強(qiáng)管的統(tǒng)稱(chēng)。,像管的工作原理,涂覆于真空管內(nèi)壁的光電發(fā)射材料薄膜 紅外：銀氧銫；可見(jiàn)：?jiǎn)螇A和多堿；紫外；負(fù)電子親和勢(shì)。（參見(jiàn)書(shū)第四章）,光電陰極,非聚焦型像管（近貼型） 兩個(gè)平行電極間形成均勻電場(chǎng) 從同一點(diǎn)出發(fā)不同初速的電子，在均勻電場(chǎng)作用下，以?huà)佄锞€(xiàn)軌跡向熒光屏投射 均勻電場(chǎng)只有加速投射作用，沒(méi)有聚焦成像作用 電子不能會(huì)聚成像點(diǎn)，而是彌散圓斑 分辨率低,三大類(lèi)像管（1）,靜電聚焦型像管 陰極發(fā)射電子從陽(yáng)極中小孔通過(guò)，電子被聚焦加速 當(dāng)各電極電壓之比保持不變時(shí)，電子軌跡也基本不變，各電極電壓多用電阻鏈分壓的辦法供給。,成倒像,三大類(lèi)像管（2）,電磁復(fù)合聚焦型 由磁場(chǎng)聚焦和電場(chǎng)加速共同完

3、成成像作用。 軸向有相同初速度的電子，以螺旋線(xiàn)前進(jìn)，聚焦于同一點(diǎn)。 用于需高性能像質(zhì)的場(chǎng)合，如天文測(cè)量。,三大類(lèi)像管（3）,作用是將電子動(dòng)能轉(zhuǎn)換為光能。 高轉(zhuǎn)換效率 發(fā)射譜與人眼或下級(jí)光電陰極的光譜響應(yīng)特性匹配。,熒光屏,光譜響應(yīng)特性和光譜匹配 光譜響應(yīng)特性指：光電陰極的光譜響應(yīng)特性，它決定管子所能應(yīng)用的光譜范圍。 Q：由上面的特性可以聯(lián)系到什么器件？ 光譜匹配：在像管的光譜響應(yīng)范圍內(nèi)光源與光電陰極、光電陰極與熒光屏、熒光屏與人眼視覺(jué)函數(shù)之間的光譜分布匹配，匹配好，則像管靈敏度高。,像管的主要特性參數(shù),光譜匹配函數(shù),增益特性 亮度增益：熒光屏的光出射度和入射至光電陰極表面上的照度之比。,像管的

4、主要特性參數(shù),等效背景照度 暗背景：無(wú)光照射時(shí)熒光屏的發(fā)光。 熒光屏上的目標(biāo)疊加了一個(gè)背景亮度，使圖像對(duì)比度下降，嚴(yán)重時(shí)可能使微光圖像淹沒(méi)在背景中。 等效背景照度EBI：熒光屏上產(chǎn)生與暗背景相等亮度時(shí)，光電陰極面上需輸入的照度值。,Bb為暗背景亮度，單位為cd/m2 ；Gb為亮度增益。 變像管的EBI在10-3lx量級(jí)；像增強(qiáng)器在10-7lx量級(jí)。,像管的主要特性參數(shù),分辨率 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板通過(guò)像管后，在熒光屏上每毫米長(zhǎng)度上用目測(cè)法能分辨得開(kāi)的條紋對(duì)數(shù)。 每毫米線(xiàn)對(duì)數(shù)，lp/mm 調(diào)制傳遞函數(shù)* P176,光電技術(shù)，江文杰等編著， 科學(xué)出版社，pp:190-191，2009.,像管的主要特性參數(shù),

5、紅外夜視儀,紅外輻射圖像被光學(xué)物鏡成像后位于光電陰極的前方，該輻射圖像相當(dāng)于對(duì)光電陰極有一輻射通量，光電陰極將其變成與其亮度成正比的電子圖像，經(jīng)靜電聚焦后轟擊熒光屏，再轉(zhuǎn)成光學(xué)圖像。,變像管與激光器同步工作，減小背景光影響，提高圖像對(duì)比度和質(zhì)量。,選通式變像管,級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)器,第一代像增強(qiáng)器,微通道板像增強(qiáng)器（micro channel plate, MCP） 微通道光電倍增管 P93 二次電子發(fā)射倍增系數(shù)=2，累計(jì)碰撞倍增次數(shù)n=10，微通道的總增益G =n = 2101000 倍,第二代像增強(qiáng)器,可見(jiàn)光較高靈敏度，近紅外較高量子效率。 同時(shí)具有光譜變換和圖像增強(qiáng)作用。 進(jìn)一步提高分辨率、信

6、噪比等性能參數(shù)，開(kāi)發(fā)超三代和第四代像增強(qiáng)器。,負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極,微通道板,P66-68,第三代像增強(qiáng)器,微光夜瞄鏡,像增強(qiáng)器的典型應(yīng)用,X射線(xiàn)像增強(qiáng)器 醫(yī)療診斷中，使拍照所需X射線(xiàn)劑量比原來(lái)減少，大大降低了X射線(xiàn)對(duì)病人的危害。 工業(yè)探傷,像增強(qiáng)器的典型應(yīng)用,有無(wú)掃描機(jī)構(gòu),變像管,像增強(qiáng)器,像管,攝像管,把不可見(jiàn)變可見(jiàn),把微弱增強(qiáng),電子束掃描后顯示,真空成像器件,將輸入的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電荷圖像 通過(guò)電荷的積累和儲(chǔ)存構(gòu)成電位圖像 通過(guò)電子束掃描讀出電位圖像，形成視頻信號(hào)輸出,光電變換,光電信息積累、儲(chǔ)存,掃描輸出,真空攝像管,光電發(fā)射型（a）：外光電發(fā)射效應(yīng) 視像管（b）：內(nèi)光電效應(yīng),真空攝像

7、管分類(lèi),光電效應(yīng)分類(lèi),光電變換,光電信息積累、儲(chǔ)存,掃描輸出,移像區(qū)：使光電子在運(yùn)動(dòng)中獲得能量，從而在靶面上產(chǎn)生更多電荷，提高靈敏度。,視像管靶,光電陰極,存儲(chǔ)靶,兩種真空攝像管的區(qū)別,靈敏度 光電轉(zhuǎn)換特性 對(duì)數(shù)坐標(biāo)上信號(hào)電流與照度關(guān)系曲線(xiàn)的斜率，稱(chēng)為特性。表示對(duì)灰度的傳遞功能。圖像不失真: =1。 分辨率 （P169） 圖像細(xì)節(jié)的分辨能力。 惰性 輸出信號(hào)變化相對(duì)于照度變化有滯后。 暗電流和噪聲 動(dòng)態(tài)范圍 同一幅圖像中，攝像管能處理的最高照度值與最低照度值之比。,攝像管的主要特性參數(shù),聚焦線(xiàn)圈：使到達(dá)靶面中心的電子束聚成一銳點(diǎn) 偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈：使電子束按一定規(guī)律掃描靶面，讀取圖像信息校正線(xiàn)圈：使聚

8、焦后的電子束垂直上靶 關(guān)鍵部件：視像管靶,視像管,二次電子傳導(dǎo)攝像管（SEC） 增強(qiáng)硅靶管（SIT）,光電發(fā)射攝像管,1934年就成功地研制出光電攝像管（Iconoscope），用于室內(nèi)外的廣播電視攝像。但是，它的靈敏度很低，信噪比很低，需要高于10000lx的照度才能獲得較為清晰的圖像。使它的應(yīng)用受到限制。 1947年制出的超正析像管（Imaige Orthico），它的靈敏度有所提高，但是最低照度仍要求在2000lx以上。 1954年投放市場(chǎng)的高靈敏視像管（Vidicon）基本具有了成本低，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，使廣播電視事業(yè)和工業(yè)電視事業(yè)有了更大的發(fā)展。,圖像傳感器的發(fā)展歷史,1965年推出的氧化鉛視像管(Plumbicon)成功地取代了超正析像管，發(fā)展了彩色電視攝像機(jī)，使彩色廣播電視攝像機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生一次飛躍。誕生了1英寸，1/2英寸，甚至于1/3英寸（8mm）靶面的彩色攝像機(jī)。然而，氧化鉛視像管抗強(qiáng)光的能力低，余輝效應(yīng)影響了它的采樣速率。 1976年，又相繼研制出靈敏度更高，成本更低的硒靶管（Saticon）和硅靶管（Siticon）。不斷滿(mǎn)