第6章真空成像器件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章 真空成像器件,了解：,光电子成像技术的重要性；,理解：,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,;,理解：,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；,理解：,摄像管的作用、区别及分类,;,理解：,慢电子束扫描概念，靶网电极的作用；,理解：,硅靶结构和工作过程；氧化铅结构和工作过程；异质,结靶：硒砷碲靶、,硒化镉靶,、碲化锌镉靶；,理解：,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,光电子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“猫眼”夜视镜，在气候良好的黑夜，视距可达,11,公里。地面部队和海军陆战队装备的微光夜视仪，可将环境光,放大近万倍,，能发现公里以内的车辆和公里以内的人员。,“,白天是敌人的，晚上是我们的,”传统作战经验；,只要伪装好，“高抬腿、轻迈步”，不出声响，就可接近敌人。,在“沙漠风暴”的空袭阶段，夜间出动飞机的架次占总架次,的；在“沙漠军刀”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，,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,:,像管内部没有扫描机构，不能输出电视信号。,固体成像器件,，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。,真空成像器件,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,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,。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,力的局限,大大扩展了人眼的视野,把人眼天生不能看见或不易看见的微弱光、红外光、,x,光、紫外光及其他电磁辐射下的静态和瞬态景物,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,.,管内有无扫描机构,摄像管根据光电转换的方式又分为光电发射型摄像管,(,摄像管,),和光电导型摄像管,(,视像管,),光电成像器件,固体成像器件,真空成像器件,像 管,摄像管,变像管,像增强管,摄像管,视像管,因此,作为现代信息科学的一个重要内容,光电子成像技术一直受到人们的普遍关注,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,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,在很大程度上变成了对美军“,单向透明,”的战场，主要作战行动,基本都在夜间进行。,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。,像管包括,:,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。,变像管,:,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。,像增强器,:,能把微弱的辐射图像增强到人眼可直接观察的真空光电成像器件，因此也称为微光管。,一 像管,1.,像管结构和工作原理,像管由三个基本部分组成；其成像有三个物理过程；每个过程的理论依据要搞清楚！,灵敏度高,波长响应范围较宽,光电阴极,使不可见的或亮度很低的辐射图像转换成电子图像。,银氧铯光电阴极,；,单碱和多碱光电阴极,；,各种紫外光电阴极,；,负电子亲和势（,NEA,）光电阴极,（,1,）,光电阴极,像管中常用的光电阴极有四种,对可见光敏感,对红外光敏感,光电阴极完成成像的物理过程及其理论依据：,物理过程：,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,。,物理过程的理论依据：,外光电效应和爱因斯坦定律,电子光学系统,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,。,静电系统：,靠静电场的加速和聚焦作用来完成；,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成,。,（,2,）,.,电子光学系,统,电子光学系统有两种形式,:,静电系统和电磁复合系统,电子光学系统,完成成像的物理过程及其理论依据：,物理过程：,使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量,倍增；,物理过程的理论依据：,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,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).,荧光屏,荧光屏的作用：,是在高速电子的轰击下将电子图像转换成可见光图像。,要求,:,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,注意,:,通常在电子入射的一边镀上铝层,?,常见荧光屏发光材料的光谱发射特性,目的,:,铝膜厚,0.2,微米；可以引走荧光屏上积累的负电荷,;,避免光反馈，增加发射光的输出,.,荧光屏,完成成像的物理过程及其理论依据：,物理过程：,将获得增强后的电子图像转换成可见的光学,图像；,物理过程的理论依据：,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,。,增益,是荧光屏的亮度,B,a,和入射至光电阴极面上的照度,E,k,之比，以,G,B,表示：,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,:,由光电阴极的响应特性决定，因此描述像管光谱响应性的参量与第,5,章光电阴极的一致。,光谱匹配,:,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配，匹配良好，像管将获得较高的灵敏度。,(2).,增益特性,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。,(3).,等效背景照度,等效背景照度,:,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,分辨率,:,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条纹的对数。,B,b,为暗背景亮度,(4).,分辨率,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。,单位,:,lp,/mm,。,1.,常见变像管,（,1,）,.,红外变像管,二,.,常见像管,红外变像管,结构图,:,光电阴极和荧光屏都是平面，使边缘像质变差,紫外变象管,:,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。,（,2,）,.,紫外变像管,对于波长大于,1.15m,的红外光，采用负电子亲和势,光电阴极。,该管由光电阴极、阳极和荧光屏三部分组成,它可以使波长大于,200nm,的紫外光变成光电子,光电阴极为,Ag-O-Cs,材料的像管，称为红外变像管,.,可以使波长小于,1.15m,的红外光变成光电子。,光电阴极和荧光屏制成平凹形，经过光纤面板的导光，大大提高了像质,（,3,）,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金属电极,控制栅极,，就成为选通式变像管。,改变栅极的电压就可控制变像管的导通,结论：,只要使选通式变像管的工作周期与光源的调制周期同步工作，就可以提高图像的对比度和图像质量。,2.,常见像增强器,（,1).,级联式像增强器,为了保证连接后的成像效果，应注意,：,1).,图中每个单级变像管的输入和输出都用光纤面板制成，有利于级与级之间的耦合,;,2).,必须注意荧光屏和后级光电阴极的光谱匹配。,若单级分辨率大于,50lp/mm,，三级可达,30,38lp/mm,，亮度增益可达,10,5,。,级联式像增强器是由几个分立的单级变像管组合而成,三级级联式像增强器属第,1,代像增强器,(2),第,2,代像增强器（,微通道板像增强器）,MCP,像增强器,有两种结构：双近贴式和倒像式,双近贴式像增强器，用微通道板代替电子光学系统，实现电子图像增强。,双,近贴式：,光电阴极、微通道板、荧光屏三者相互靠得很近，故称双近贴,倒像式：,与单级像管不同点是在电子光学系统与荧光屏之间加入,MCP,，其输入、输出端采用了光纤面板,通断的频率在光照强时较高，光照弱时较低，以便在光照极强时减少进入微通道板的电子流，避免其饱和。于是，使用者始终看到均匀一致的图像。,“,GaAs,光电阴极,+,镀离子阻挡膜的微通道板”。,缺点：,离子阻挡膜可以防止离子反馈和破坏灵敏的光电阴极，但也降低了管子的分辨率和信噪比，影响像增强器在微光下有效的工作。,方向：,找出既不用阻挡膜又能保护光电阴极的方法！,与连续直流电源不同，加在光电阴极上的自动通断的电压是脉冲式的，即电源感知进入像管的光量，自动高速接通和切断。,二代管在满月到,1/4,月条件下工作,;,三代管则使士兵能在,星光下观察,;,四代管采用门控电源和低晕圈，不仅能在云遮星,光的极暗条件下有效工作，而且能在包括黄昏和拂晓的各种光,照条件下工作。,突破的技术两点：,1.,管子采用新材料制成的长寿命、高增益、低噪声的无膜,(,无离子阻挡膜,)MCP,；,2.NEA,光电阴极采用自动控制门电源，有利于减小强光下到达,MCP,的电子流，以降低强光下图像模糊效应。,(3).,第,3,代像增强器,第,3,代像增强器：,第,2,代像增强器的,MCP,结构,+,NEA,光电阴极。这种像增强器同时起到光谱变换和微光增强的作用,(4).,第,4,代像增强器,3.,特殊变像管,(1).,图像放大像管,(2).,多功能像增强器,多功能像增强器由光电阴极、电子光学系统、栅极偏转板、旋转线圈、微通道板和荧光屏组成,。,这种管子极限分辨率可从放大率为,1,的,40,线对,/,毫米,提高到放大率为,21.6,时的,400,线对,/,毫米,。,由图可见：,由光电阴极、磁性线圈（放大、聚焦、偏转）、微通道板及荧光屏组成的磁聚焦型像管。,多功能像增强器采用磁场使图像旋转和平移，有利于完成识别图像所需要的大部份预处理工作。应用于光学字符阅读器、光学数据处理和遥感图像识别系统方面。,（,3,）,位置敏感传感器像管,（,4,）,装有光电导靶的反射式变象管,PSD,像管结构图,反射式,变象管：,采用光电导技术，使红外光成像到光电导靶面上，在靶的另一边形成电势分布图象，用磁场控制电子枪发出的电子流，再利用返回的电子流轰击荧光面,位置敏感传感器像管：,采用,PSD,代替一般像管的荧光屏，并采用多级,MCP,板,三 摄像管,1.,摄像管的作用及分类,摄像管,:,把按空间光强分布的二维光学图像记录并转换成,一维时间变化的,视频信号的一种成像装置。,按光电变换形式摄像管分为两类：,第一类是利用外光电效应进行光电转换的摄像管，称光电发射型摄像管,(,简称摄像管,),光电发射型摄像管：,包括二次电子导电摄像管和硅靶摄像管；属于微光摄像；增益和灵敏度很高；可工作在亮度较低的场合,视像管的特点：,结构简单、体积小、使用方便，在工业电视中被广泛应用。,电子枪的作用,:,产生热电子，并使它聚焦成很细的电子射线，按着一定轨迹扫描靶面,视像管按光导靶的结构可分为：,光电导型和,PN,结型两种。光电导型采用光电导材料,如硫化锑（,Sb,2,S,3,）管；,PN,结型管采用结型材料,有,PbO,管、硅靶管和异质结靶管等,。,相同点是都有扫描区,(,电子枪,),：,电子枪包括灯丝、热阴极、控制栅极、各加速电极和聚焦电极、靶网电极和管外的聚焦线圈、偏转线圈和校正线圈,。,光电发射型摄像管和光电导型摄像管的区别是,：前者有移像区，后者没有。移像区是一个加速电场,靶网电极与聚焦电极,2,连接,作用是形成均匀电场,使电子束减速并在整个靶面上都能垂直上靶。,第二类是利用内光电效应进行光电转换的摄像管，称为光电导型摄像管（简称视像管）,聚焦电极,1,聚焦电极,2,靶网电极起什么作用,?,注入型,阻挡型,靶,靶,网,电,极,从电子枪发射出来的电子束依次沿着靶面扫描，扫描线经过某一点的时间只占扫描整个光敏面所需周期的极小部分（,0.062,）,为了提高检测灵敏度，每个像素在扫描周期内应不间断地对转换后的电量进行积累，这时靶又起到了积累存储光电信息的功能；当电