《真空成像器》PPT课件.ppt

《《真空成像器》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《真空成像器》PPT课件.ppt（31页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、光电成像器件,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。,光电成像器件的分类,有无扫描机构,变像管,像增强器,像管,摄像管,把不可见变可见,把微弱增强,电子束扫描后显示,真空成像器件,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.,真空成像器件-应用举例,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,像管：变像管和像增强

2、管的统称。,像管的工作原理,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）,光电阴极,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（1）,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（2）,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

3、的电子，以螺旋线前进，聚焦于同一点。用于需高性能像质的场合，如天文测量。,三大类像管（3）,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。,荧光屏,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。,像管的主要特性参数,光谱匹配函数,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。,像管的主要特性参数,等效背景照度暗背景：无光照

4、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度时，光电阴极面上需输入的照度值。,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.,像管的主要特性参数,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

5、，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。,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。,选通式变像管,级联式像增强器,第一代像增强器,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=2，累计碰撞倍增次数n=10，微通道的总增益G=n=2101000 倍,第二代像增强器,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。,负电子亲和势光电阴极,微通道

6、板,P66-68,第三代像增强器,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,像增强器的典型应用,有无扫描机构,变像管,像增强器,像管,摄像管,把不可见变可见,把微弱增强,电子束扫描后显示,真空成像器件,将输入的光学图像转换为电荷图像通过电荷的积累和储存构成电位图像通过电子束扫描读出电位图像，形成视频信号输出,光电变换,光电信息积累、储存,扫描输出,真空摄像管,光电发射型（a）：外光电发射效应视像管（b）：内光电效应,真空摄像管分类,光电效应分类,光电变换,光电信息积累、储存,扫描输出,移像区：使光电子在运动

7、中获得能量，从而在靶面上产生更多电荷，提高灵敏度。,视像管靶,光电阴极,存储靶,两种真空摄像管的区别,灵敏度光电转换特性 对数坐标上信号电流与照度关系曲线的斜率，称为特性。表示对灰度的传递功能。图像不失真:=1。分辨率（P169）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。,摄像管的主要特性参数,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,视像管,二次电子传导摄像管（SEC）增强硅靶管（SIT）,

8、光电发射摄像管,1934年就成功地研制出光电摄像管（Iconoscope），用于室内外的广播电视摄像。但是，它的灵敏度很低，信噪比很低，需要高于10000lx的照度才能获得较为清晰的图像。使它的应用受到限制。1947年制出的超正析像管（Imaige Orthico），它的灵敏度有所提高，但是最低照度仍要求在2000lx以上。1954年投放市场的高灵敏视像管（Vidicon）基本具有了成本低，体积小，结构简单的特点，使广播电视事业和工业电视事业有了更大的发展。,图像传感器的发展历史,1965年推出的氧化铅视像管(Plumbicon)成功地取代了超正析像管，发展了彩色电视摄像机，使彩色广播电视摄像机的发展产生一次飞跃。诞生了1英寸，1/2英寸，甚至于1/3英寸（8mm）靶面的彩色摄像机。然而，氧化铅视像管抗强光的能力低，余辉效应影响了它的采样速率。1976年，又相继研制出灵敏度更高，成本更低的硒靶管（Saticon）和硅靶管（Siticon）。不断满足人们对图像传感器日益增长的需要。1970年，美国贝尔电话实验室发现的电荷耦合器件（CCD）的原理使图像传感器的发展进入了一个全新的阶段，使图像传感器从真空电子束扫描方式发展成为固体自扫描输出方式。,图像传感器发展历史,