《光电测试技术》PPT课件.ppt

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1、光电测试技术第四章 光电测试器件-4光电成像器件n n光电成像器件：能够输出图像信息的一类光电器件n n工作方式：直视型 非直视型用于直接观察，具有图用于直接观察，具有图像转换、增强以及显示像转换、增强以及显示的部分的部分1、入射辐射图像通过外光电效应转化为电、入射辐射图像通过外光电效应转化为电子图像子图像2、由电场或磁场聚焦加速进行能量增强、由电场或磁场聚焦加速进行能量增强3、由电场的二次发射作用进行倍增、由电场的二次发射作用进行倍增4、激发荧光屏激发荧光屏产生可见光图像产生可见光图像用于电视摄像和热用于电视摄像和热成像系统成像系统1、接受光学图像和热图像、接受光学图像和热图像2、利用光敏面

2、光电效应或、利用光敏面光电效应或热导效应转变为电荷图像热导效应转变为电荷图像3、通过电子束扫描或耦合、通过电子束扫描或耦合等方式等方式产生视频信号产生视频信号一一 像管成像的物理过程像管成像的物理过程 1 像像管管实实现现图图像像的的电电磁磁波波谱谱转转换换和和亮亮度度增强是通过三个环节来完成的增强是通过三个环节来完成的:首首先先是是将将接接受受的的微微弱弱的的或或不不可可见见的的输输入入辐射图像转换成电子图像；辐射图像转换成电子图像；其其次次是是使使电电子子图图像像获获得得能能量量或或数数量量增增强强，并聚焦成像；并聚焦成像；第第三三是是将将增增强强的的电电子子图图像像转转换换成成可可见见的

3、的光学图像。光学图像。上述三个环节分别由上述三个环节分别由光阴极光阴极电子光学系统电子光学系统荧光屏荧光屏完完成成。这这三三部部分分共共同同封封在在一一个个高真空的管壳内。高真空的管壳内。光电阴极光电阴极：实现光电转换，使不可见光或亮度很低：实现光电转换，使不可见光或亮度很低的图像，转换成光电子发射图像的图像，转换成光电子发射图像电子光学部分电子光学部分：透镜，使光电子图像，获得能量和：透镜，使光电子图像，获得能量和数量上的增强数量上的增强荧光屏荧光屏：使发射到它上面的图像变成可见的光学图：使发射到它上面的图像变成可见的光学图像。像。l像像管管的的输输入入端端面面是是采采用用光光电电发发射射材

4、材料料制制成成的的光光敏敏面面。该该光光敏敏面面接接收收辐辐射射量量子子产产生生电电子子发发射射。所所发发射射的的电电子子流流密密度度分分布布正正比比于于人人射射的的辐辐射射通通量量分分布布。由由此此完完成成辐辐射射图图像像转转换换为为电电子子图图像像的的过程。过程。由由于于电电子子发发射射需需要要在在发发射射表表面面有有法法向向电电场场，所所以以光光敏敏面面应应接接以以负负电电位位。这这一一光光敏敏面面通通常常称称为为光光阴阴极极。像像管中常用的光阴极有：管中常用的光阴极有：对对红红外外光光敏敏感感的的银银氧氧铯铯红红外外光阴极；光阴极；对对可可见见光光敏敏感感的的单单碱碱和和多多碱碱光阴极

5、；光阴极；对紫外光敏感的对紫外光敏感的紫外光阴极紫外光阴极。光阴极有透射型和反射型两种。光阴极有透射型和反射型两种。像像管管中中常常用用的的光光阴阴极极是是透透射射型型的的半透明。必须在高真空中。半透明。必须在高真空中。光光阴阴极极进进行行图图像像转转换换的的简简要要物物理理过程是：过程是：当当具具有有能能量量为为 hv的的辐辐射射量量子子入入射射到到半半透透明明的的光光电电发发射射体体内内，与与体体内内电电子产生非弹性碰撞而交换能量。子产生非弹性碰撞而交换能量。根根据据光光电电发发射射的的斯斯托托列列托托夫夫定定律律可可知知，饱饱和和光光电电发发射射的的电电子子流流密密度度与与入入射射辐辐射

6、射通通量量密密度度成成正正比比。因因此此由由入入射射辐辐射射分分布布所所构构成成的的图图像像可可以以通通过过光光阴阴极极变变换换成成由由电电子子流流分分布布所所构构成成的的图图像像。这这一图像称为电子图像。一图像称为电子图像。2 电子图像的能量增强电子图像的能量增强n n像像像像管管管管中中中中的的的的电电电电子子子子图图图图像像像像通通通通过过过过特特特特定定定定的的的的静静静静电电电电场场场场或或或或电电电电磁磁磁磁复复复复合合合合场场场场获获获获得得得得能能能能量量量量增增增增强强强强。由由由由光光光光阴阴阴阴极极极极的的的的光光光光电电电电发发发发射射射射产产产产生生生生的的的的电电电

7、电子子子子图图图图像像像像，在在在在刚刚刚刚离离离离开开开开光光光光阴阴阴阴极极极极面面面面时时时时是是是是低低低低速速速速运运运运动动动动的的的的电电电电子子子子流流流流，其初速由爱因斯坦定律所决定。其初速由爱因斯坦定律所决定。其初速由爱因斯坦定律所决定。其初速由爱因斯坦定律所决定。n n这这这这一一一一低低低低能能能能量量量量的的的的电电电电子子子子图图图图像像像像在在在在静静静静电电电电场场场场或或或或电电电电磁磁磁磁复复复复合合合合场场场场的的的的洛洛洛洛伦伦伦伦茨茨茨茨力力力力作作作作用用用用下下下下得得得得到到到到加加加加速速速速并并并并聚聚聚聚焦焦焦焦到到到到荧荧荧荧光光光光屏屏

8、屏屏上上上上。在在在在到到到到达达达达像像像像面面面面时时时时是是是是高高高高速速速速运运运运动动动动的的的的电电电电子子子子流流流流，能能能能量量量量很很很很大大大大。由由由由此此此此完成了电子图像的能量增强。完成了电子图像的能量增强。完成了电子图像的能量增强。完成了电子图像的能量增强。n n像像管管中中特特定定设设置置的的静静电电场场或或电电磁磁复复合合场场称称之之为为电电子子光光学学系系统统。由由于于它它具具有有聚聚焦焦电电子子图图像像的的作作用用，故又被称之为故又被称之为电子透镜。电子透镜。3 电子图像的发光显示电子图像的发光显示n n像像像像管管管管输输输输出出出出的的的的是是是是可

9、可可可见见见见光光光光学学学学图图图图像像像像。为为为为把把把把电电电电子子子子图图图图像像像像转转转转换换换换成成成成可可可可见见见见的的的的光光光光学学学学图图图图像像像像，通通通通常常常常采采采采用用用用荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏。能能能能将将将将电电电电子子子子动动动动能能能能转转转转换换换换成成成成光光光光能能能能的的的的荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏是是是是由由由由发发发发光光光光材材材材料料料料的的的的微微微微晶晶晶晶颗颗颗颗粒粒粒粒沉沉沉沉积积积积而而而而成成成成的的的的薄薄薄薄层层层层。由由由由于于于于荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏的的的的电电电电阻阻阻阻率率率率通通通通常常常常在在在在1

10、0E+1010E+14cm10E+1010E+14cm，介介介介于于于于绝绝绝绝缘缘缘缘体体体体和和和和半半半半导导导导体体体体之之之之间间间间，因因因因此此此此当当当当它它它它受受受受到到到到高高高高速速速速电电电电子子子子轰轰轰轰击击击击时时时时，会会会会积积积积累累累累负负负负电电电电荷荷荷荷，使使使使加加加加在在在在荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏上上上上的的的的电电电电压压压压难难难难以以以以提提提提高高高高，为为为为此此此此应应应应在在在在荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏上上上上蒸蒸蒸蒸镀镀镀镀一一一一层层层层铝铝铝铝膜膜膜膜，引引引引走走走走积积积积累累累累的的的的负负负负电电电电荷荷荷荷，而而

11、而而且且且且可可可可防防防防止止止止光光光光反反反反馈馈馈馈到到到到光阴极。光阴极。光阴极。光阴极。像像管管中中常常用用的的荧荧光光屏屏材材料料有有多多种种。基基本本材材料料是是金金属属的的硫硫化化物物、氧氧化化物物或或硅硅酸酸盐盐等等晶晶体体。上上述述材材料料经经掺掺杂杂后后具具有有受受激激发发光光特特性性，统统称称之之为为晶晶态磷光体。态磷光体。荧荧光光屏屏是是利利用用掺掺杂杂的的晶晶态态磷磷光光体体受受激激发发光光的的物物理理过过程程，将将电电子子图图像像转转换换为为可可见见的的光光学图像。学图像。二二 像管的类型与结构像管的类型与结构n n用用于于直直视视成成像像系系统统的的像像管管，

12、具具有有多多种种类类型型。根根据据像像管管的的工工作作波段波段可分为：可分为：n n工工作作于于非非可可见见辐辐射射(近近红红外外、紫紫外外、X射射线线、射射线线)的的像像管管，称之为称之为变像管变像管；n n工工作作于于微微弱弱可可见见光光的的像像管管，称称之为之为像增强器像增强器。n n根据像管的工作方式根据像管的工作方式可分为：可分为：n n连续工作像管；连续工作像管；n n选通工作像管；选通工作像管；n n变倍工作像管。变倍工作像管。n n根据像管的结构可分为：根据像管的结构可分为：n n近贴式像管；近贴式像管；n n倒像式像管；倒像式像管；n n静电聚焦式像管；静电聚焦式像管；n n

13、电磁复合聚焦式像管。电磁复合聚焦式像管。n n根据像管的发展阶段根据像管的发展阶段可分为：可分为：n n级联式的第一代像管；级联式的第一代像管；n n带微通道板的第二代像管；带微通道板的第二代像管；n n采采用用负负电电子子亲亲和和势势光光阴阴极极的的第第三三代像管。代像管。1近贴式像管近贴式像管 n n近近近近贴贴贴贴式式式式像像像像管管管管的的的的结结结结构构构构如如如如图图图图所所所所示示示示，光光光光阴阴阴阴极极极极在在在在输输输输入入入入窗窗窗窗的的的的内内内内表表表表面面面面，荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏在在在在输输输输出出出出窗窗窗窗的的的的内内内内表表表表面面面面，光光光光阴阴阴阴

14、极极极极和和和和荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏相相相相互互互互平平平平行行行行。在在在在光光光光阴阴阴阴极极极极与与与与荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏之之之之间间间间施施施施加加加加高高高高压压压压时时时时，两两两两电电电电极极极极间间间间形形形形成成成成纵纵纵纵向向向向均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场，由由由由光光光光阴阴阴阴极极极极发发发发射射射射出出出出的的的的电电电电子子子子受受受受电电电电场场场场的的的的作作作作用用用用飞飞飞飞向向向向荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏，由由由由于于于于间间间间距距距距很很很很近近近近(约约约约 lmm)lmm)，所所所所以以以以称称称称为为为为近近近近贴贴贴贴聚聚聚聚焦

15、焦焦焦的的的的电子光学系统。电子光学系统。电子光学系统。电子光学系统。n n近近贴贴式式像像管管是是结结构构最最简简单单的的像像管管，荧光屏上成正像，且无畸变。荧光屏上成正像，且无畸变。n n但但是是由由于于受受分分辨辨力力的的限限制制，极极间间距距离离不不能能太太大大，又又因因为为受受场场致致发发射射的的限限制制，极极间间电电压压不不能能太太高高，因因此此系系统统的的亮亮度度增增益益受受到到限限制制，象质也受到影响。象质也受到影响。2静电聚焦倒像式像管静电聚焦倒像式像管 n n它它它它们们们们都都都都能能能能形形形形成成成成轴轴轴轴对对对对称称称称的的的的静静静静电电电电场场场场。由由由由静

16、静静静电电电电场场场场形形形形成成成成的的的的电电电电子子子子透透透透镜镜镜镜可可可可使使使使光光光光阴阴阴阴极极极极面面面面上上上上的的的的物物物物像像像像发发发发射射射射出出出出来来来来的的的的电电电电子加速并聚焦于荧光屏上，并形成一倒像。子加速并聚焦于荧光屏上，并形成一倒像。子加速并聚焦于荧光屏上，并形成一倒像。子加速并聚焦于荧光屏上，并形成一倒像。常用的单级静电聚焦常用的单级静电聚焦倒像式像管的结构倒像式像管的结构 n n在在在在通通通通常常常常采采采采用用用用的的的的双双双双球球球球面面面面电电电电极极极极系系系系统统统统中中中中，阳阳阳阳极极极极头头头头部部部部曲曲曲曲面面面面和和

17、和和光光光光阴阴阴阴极极极极球球球球面面面面以以以以及及及及荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏都都都都是是是是近近近近似似似似同同同同心心心心球球球球面面面面。由由由由此此此此构构构构成成成成近近近近似似似似的的的的球球球球形形形形对对对对称称称称静静静静电电电电场场场场，使使使使轴轴轴轴外外外外各各各各点点点点的的的的电电电电子子子子主主主主轨轨轨轨迹迹迹迹都都都都是是是是近近近近似似似似对对对对称称称称轴轴轴轴，从从从从而而而而使使使使轴轴轴轴外外外外象象象象差差差差如如如如场场场场曲曲曲曲、像像像像散散散散、畸畸畸畸变变变变等等等等都都都都比双圆筒系统小。比双圆筒系统小。比双圆筒系统小。比双圆筒系

18、统小。三三级级联像管示意图级级联像管示意图 n n在实际应用中，为了获得更高的亮度增益，将完全相同的单级在实际应用中，为了获得更高的亮度增益，将完全相同的单级在实际应用中，为了获得更高的亮度增益，将完全相同的单级在实际应用中，为了获得更高的亮度增益，将完全相同的单级像管，用光学纤维面板进像管，用光学纤维面板进像管，用光学纤维面板进像管，用光学纤维面板进行多级耦合。因此像管的输入窗和输行多级耦合。因此像管的输入窗和输行多级耦合。因此像管的输入窗和输行多级耦合。因此像管的输入窗和输出窗都是由光学纤维面板制成，以便将球面像转换为平面像来出窗都是由光学纤维面板制成，以便将球面像转换为平面像来出窗都是由

19、光学纤维面板制成，以便将球面像转换为平面像来出窗都是由光学纤维面板制成，以便将球面像转换为平面像来完成级间耦合。由于每级像管都成倒像，所以稠合的级数多取完成级间耦合。由于每级像管都成倒像，所以稠合的级数多取完成级间耦合。由于每级像管都成倒像，所以稠合的级数多取完成级间耦合。由于每级像管都成倒像，所以稠合的级数多取单数，通常为三级。单数，通常为三级。单数，通常为三级。单数，通常为三级。该像管称为该像管称为该像管称为该像管称为第一代像增强器第一代像增强器第一代像增强器第一代像增强器。3电磁复合聚焦式像管 采采用用平平面面像像场场。在在平平面面光光阴阴极极和和荧荧光光屏屏之之间间设设置置有有环环形形

20、电电极极，其其上上加加有有逐逐步步升升高高的的电电压压，沿沿管管轴轴建建立立起起上上升升的的电电位位；同同时时管管壳壳外外设设置置有有通通以以恒恒定定电电流流的的螺螺旋旋线线圈圈而而产产生生的的均均匀匀磁磁场场，由由此此形形成成纵纵向向的的均均匀匀电电磁磁场场。该该电电磁磁场场使使光光阴阴极极发发射射的的电电子子加加速速并并聚聚焦焦到到荧荧光光屏屏上上成成像像。只只要要严严格格地地控控制制电电压压和和磁磁场场，就就可可以以得得到到良良好好的的像像平平面面，使使荧荧光光屏屏上上获获得得较较高高的的分分辨辨力力。但但是是由由于于复复合合聚聚焦焦系系统统结结构构复复杂杂、笨笨重重，给给使使用用带带来

21、来不不方方便便。因因此此通通常常只只在在需需要要高高性性能能的的场场合合，如如天天文文观观察察时时才才使使用用这这种种聚焦方式。聚焦方式。6带有微通道板带有微通道板(MCP)的像管的像管(第二代第二代像管像管)n n第第第第二二二二代代代代像像像像管管管管与与与与第第第第一一一一代代代代像像像像管管管管的的的的根根根根本本本本区区区区别别别别在在在在于于于于：它它它它不不不不是是是是用用用用多多多多级级级级级级级级联联联联实实实实现现现现光光光光电电电电子子子子倍倍倍倍增增增增，而而而而是是是是采采采采用用用用在在在在单单单单级级级级像像像像管管管管中中中中设设设设置置置置微微微微通通通通道道

22、道道板板板板来来来来实实实实现现现现电电电电子图像倍增的。子图像倍增的。子图像倍增的。子图像倍增的。n n微微微微通通通通道道道道板板板板是是是是两两两两维维维维空空空空间间间间的的的的电电电电子子子子倍倍倍倍增增增增器器器器。微微微微通通通通道道道道板板板板是是是是由由由由大大大大量量量量平平平平行行行行堆堆堆堆集集集集的的的的微微微微细细细细单单单单通通通通道道道道电电电电子子子子倍倍倍倍增增增增器器器器组组组组成成成成的的的的薄薄薄薄板板板板。通通通通道道道道孔孔孔孔径径径径为为为为5 5一一一一10m10m。通通通通道道道道内壁具有较高的内壁具有较高的内壁具有较高的内壁具有较高的二次电

23、子发射系数。二次电子发射系数。二次电子发射系数。二次电子发射系数。n n在在在在微微微微通通通通道道道道板板板板的的的的两两两两个个个个端端端端面面面面之之之之间间间间施施施施加加加加直直直直流流流流电电电电压压压压形形形形成成成成电电电电场场场场。入入入入射射射射到到到到通通通通道道道道内内内内的的的的电电电电子子子子在在在在电电电电场场场场作作作作用用用用下下下下，碰碰碰碰撞撞撞撞通通通通道道道道内内内内壁壁壁壁产产产产生生生生二二二二次次次次电电电电子子子子。这这这这些些些些二二二二次次次次电电电电子子子子在在在在电电电电场场场场力力力力加加加加速速速速下下下下不不不不断断断断碰碰碰碰撞

24、撞撞撞通通通通道道道道内内内内壁壁壁壁，直直直直至至至至由由由由通通通通道道道道的的的的输输输输出出出出端端端端射射射射出出出出，实实实实现现现现连连连连续续续续倍倍倍倍增增增增，达达达达到到到到增增增增强电子图像的作用。强电子图像的作用。强电子图像的作用。强电子图像的作用。近贴式近贴式 MCP像管的结构像管的结构 n n微微微微通通通通道道道道板板板板近近近近贴贴贴贴于于于于光光光光阴阴阴阴极极极极和和和和荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏之之之之间间间间。构构构构成成成成两两两两个个个个近近近近贴贴贴贴空空空空间间间间。因因因因此此此此又又又又称称称称为双近贴式像管。为双近贴式像管。为双近贴式像管。

25、为双近贴式像管。n n由由由由于于于于采采采采用用用用了了了了双双双双近近近近贴贴贴贴、均均均均匀匀匀匀场场场场，所所所所以以以以图图图图像像像像无无无无畸畸畸畸变变变变，放放放放大大大大率率率率为为为为 l l，不不不不倒倒倒倒像像像像。同同同同样样样样由由由由于于于于近近近近贴贴贴贴，会会会会出出出出现现现现光光光光阴阴阴阴极极极极、MCPMCP、荧荧荧荧光光光光屏三者之间的相互影响。屏三者之间的相互影响。屏三者之间的相互影响。屏三者之间的相互影响。第2代静电聚焦倒像式像管的结构 n n微微微微通通通通道道道道板板板板与与与与光光光光阴阴阴阴极极极极之之之之间间间间 采采采采 用用用用 静

26、静静静 电电电电 透透透透 镜镜镜镜，MCPMCP置置置置于于于于电电电电子子子子透透透透镜镜镜镜的的的的像面位置；像面位置；像面位置；像面位置；n n像像像像 管管管管 中中中中 还还还还 在在在在 阳阳阳阳 极极极极 与与与与MCPMCP之之之之间间间间设设设设置置置置一一一一个个个个消消消消畸变电极。畸变电极。畸变电极。畸变电极。n n由由由由微微微微通通通通道道道道板板板板增增增增强强强强后后后后的的的的电电电电子子子子图图图图像像像像通通通通过过过过近近近近贴贴贴贴聚聚聚聚焦焦焦焦到到到到荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏上上上上。由由由由于于于于在在在在荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏上上上上所所所

27、所成成成成的的的的像像像像，相相相相对对对对于于于于光光光光阴阴阴阴极极极极上上上上的的的的像像像像来来来来说说说说是是是是倒倒倒倒像像像像，因因因因此此此此称称称称为倒像管。为倒像管。为倒像管。为倒像管。n n 微微微微通通通通道道道道扳扳扳扳的的的的输输输输出出出出端端端端，由由由由于于于于连连连连续续续续倍倍倍倍增增增增其其其其电电电电子子子子密密密密度度度度较较较较高高高高、速速速速度度度度快快快快，易易易易于于于于使使使使像像像像管管管管内内内内残残残残余余余余气气气气体体体体分分分分子子子子电电电电离离离离。如如如如果果果果电电电电离离离离产产产产生生生生的的的的正正正正离离离离子

28、子子子轰轰轰轰击击击击光光光光阴阴阴阴极极极极将将将将降降降降低低低低像像像像管管管管的的的的寿寿寿寿命命命命。当当当当微微微微通通通通道道道道扳扳扳扳输输输输入入入入端端端端电电电电位位位位低低低低于于于于阳阳阳阳极极极极电电电电位位位位时时时时，则则则则形形形形成成成成一一一一个个个个防防防防止止止止正正正正离离离离子子子子反反反反馈馈馈馈的的的的位位位位垒垒垒垒。这这这这个个个个位位位位垒垒垒垒一一一一方方方方面面面面阻阻阻阻止止止止正正正正离离离离子子子子另另另另方方方方面面面面又又又又收收收收集集集集微微微微通通通通道道道道板板板板端端端端面面面面上上上上产产产产生生生生的二次电子，

29、从而消除了光晕现象。的二次电子，从而消除了光晕现象。的二次电子，从而消除了光晕现象。的二次电子，从而消除了光晕现象。n n 由由由由于于于于微微微微通通通通道道道道板板板板本本本本身身身身具具具具有有有有高高高高增增增增益益益益、增增增增益益益益可可可可控控控控、电电电电流流流流饱饱饱饱和和和和等等等等待待待待性性性性，因因因因此此此此第第第第二二二二代代代代像像像像管管管管，无无无无论论论论近近近近贴贴贴贴式式式式或或或或倒倒倒倒像像像像式式式式与与与与第第第第一一一一代代代代像像像像管管管管相相相相比比比比，均均均均具具具具有有有有体体体体积积积积小小小小、重重重重量量量量轻轻轻轻、亮度可

30、调、防强光等优点亮度可调、防强光等优点亮度可调、防强光等优点亮度可调、防强光等优点 7负电子亲和势光阴极像管负电子亲和势光阴极像管(第三代像管第三代像管)n n第第第第三三三三代代代代像像像像管管管管是是是是采采采采用用用用了了了了负负负负电电电电子子子子亲亲亲亲和和和和势势势势光阴极的像管。光阴极的像管。光阴极的像管。光阴极的像管。n n电电电电子子子子亲亲亲亲和和和和势势势势（能能能能）晶晶晶晶格格格格中中中中原原原原子子子子捕捕捕捕获获获获一一一一个电子成为负离子所释放出的能量。个电子成为负离子所释放出的能量。个电子成为负离子所释放出的能量。个电子成为负离子所释放出的能量。n n结结结结

31、构构构构与与与与第第第第二二二二代代代代近近近近贴贴贴贴式式式式像像像像管管管管类类类类似似似似，其其其其根根根根本本本本区区区区别别别别在在在在于于于于光光光光阴阴阴阴极极极极。第第第第一一一一代代代代像像像像管管管管采采采采用用用用的的的的是是是是表表表表面面面面具具具具有有有有正正正正电电电电子子子子亲亲亲亲和和和和势势势势的的的的多多多多晶晶晶晶薄薄薄薄膜膜膜膜结结结结构构构构的的的的多多多多碱碱碱碱光光光光阴阴阴阴极极极极其其其其光光光光灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度约约约约为为为为250 250 550uA/lm550uA/lm；而而而而第第第第三三三三代代代代像像像像管管管管采采采采用

32、用用用的的的的负负负负电电电电子子子子亲亲亲亲和和和和势势势势光光光光阴阴阴阴极极极极，它它它它的的的的光光光光灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度高高高高达达达达l000uA/lm l000uA/lm 以以以以上上上上。因因因因此此此此第第第第三三三三代代代代像管具有高增益、低噪声的优点。像管具有高增益、低噪声的优点。像管具有高增益、低噪声的优点。像管具有高增益、低噪声的优点。n n负负负负电电电电子子子子亲亲亲亲和和和和势势势势是是是是热热热热化化化化电电电电子子子子发发发发射射射射，光光光光电电电电子子子子的的的的初初初初动动动动能能能能较较较较低低低低，能能能能量量量量又又又又比比比比较较较较集集

33、集集中中中中，因因因因此此此此第第第第三三三三代代代代像像像像管管管管又又又又具具具具有有有有较较较较高高高高的的的的图图图图像像像像分分分分辨辨辨辨力力力力。由由由由于于于于这这这这些些些些特特特特点点点点使使使使第第第第三三三三代代代代像像像像管管管管成成成成为为为为目目目目前前前前性性性性能能能能最最最最优优优优越越越越的的的的直直直直视视视视型型型型光电成像器件。光电成像器件。光电成像器件。光电成像器件。三三 像管的主要特性与参数像管的主要特性与参数n n直直直直视视视视式式式式光光光光电电电电成成成成像像像像器器器器件件件件是是是是为为为为扩扩扩扩展展展展人人人人限限限限视视视视力力

34、力力范范范范围围围围而而而而发发发发展展展展起起起起来来来来的的的的，它它它它既既既既能能能能探探探探测测测测到到到到微微微微弱弱弱弱的的的的或或或或人人人人眼眼眼眼不不不不可可可可见见见见的的的的目目目目标标标标辐辐辐辐射射射射信信信信号号号号，又又又又能能能能将将将将目目目目标标标标满满满满意意意意地地地地成成成成像像像像，使使使使人人人人眼眼眼眼能能能能看看看看到到到到再再再再现现现现的的的的目目目目标标标标图图图图像像像像。因因因因此此此此像像像像管管管管既既既既是是是是一一一一个个个个辐辐辐辐射射射射探探探探测测测测器器器器，放放放放大大大大器，又是成像器。器，又是成像器。器，又是成

35、像器。器，又是成像器。n n作作作作为为为为辐辐辐辐射射射射探探探探测测测测器器器器，它它它它应应应应具具具具有有有有高高高高的的的的量量量量子子子子效效效效率率率率和和和和信信信信号号号号放放放放大大大大能能能能力力力力，以以以以提提提提供供供供足足足足够够够够的的的的亮亮亮亮度度度度.这这这这一性能通常用灵敏度和亮度增益来描述一性能通常用灵敏度和亮度增益来描述一性能通常用灵敏度和亮度增益来描述一性能通常用灵敏度和亮度增益来描述.n n作作作作为为为为图图图图像像像像成成成成像像像像器器器器，它它它它必必必必须须须须具具具具有有有有小小小小的的的的图图图图像像像像几几几几何何何何失失失失真真

36、真真，适适适适当当当当的的的的几几几几何何何何放放放放大大大大率率率率，尽尽尽尽量量量量小小小小的的的的亮亮亮亮度度度度(能能能能量量量量)扩扩扩扩散散散散能能能能力力力力，以以以以提提提提供供供供足足足足够够够够的的的的视视视视角角角角和和和和对对对对比比比比。这这这这些些些些性性性性能能能能通通通通常常常常用用用用畸畸畸畸变变变变、放放放放大大大大率率率率、分分分分辨力及调制传递函数来描述。辨力及调制传递函数来描述。辨力及调制传递函数来描述。辨力及调制传递函数来描述。1 光谱响应特性光谱响应特性n n光光谱谱响响应应特特性性是是指指像像管管的的响响应应能能力随入射波长的变化关系。力随入射波

37、长的变化关系。n n像像管管的的光光谱谱响响应应特特性性实实际际上上是是其其光光阴阴极极的的光光谱谱响响应应待待性性。它它决决定定了像管应用的光谱范围。了像管应用的光谱范围。n n像像管管的的光光谱谱响响应应特特性性通通常常用用光光谱谱响响应应率率、量量子子效效率率、光光谱谱特特性性曲曲线线和和积积分分响响应应率率(简简称称响响应应率率)来来描述。描述。n n光光谱谱响响应应率率是是像像管管对对单单色色入入射射辐辐射的响应能力，以射的响应能力，以Rj j 表示。表示。n n响响应应率率是是像像管管对对全全色色入入射射辐辐射射的的响应能力，以响应能力，以R表示。表示。n n由由于于在在实实际际应

38、应用用中中，像像管管接接收收的的往往往往不不是是单单色色辐辐射射，而而是是某某一一光光源源的的全全色色辐辐射射，所所以以响响应应率率更更具具有实际意义。有实际意义。2 增益特性增益特性n n合适的亮度是观察图像的必要条合适的亮度是观察图像的必要条件。像管输出的图像亮度既与入件。像管输出的图像亮度既与入射图像的照度有关，又取决于像射图像的照度有关，又取决于像管本身对辐射能量的变换与增强管本身对辐射能量的变换与增强的能力。的能力。“增益增益”就是用来描述就是用来描述像管这种能力的参数。像管这种能力的参数。1.增益定义增益定义像管的增益有：亮度增益、辐射亮像管的增益有：亮度增益、辐射亮像管的增益有：

39、亮度增益、辐射亮像管的增益有：亮度增益、辐射亮度增益及光通量增益之分。其中度增益及光通量增益之分。其中度增益及光通量增益之分。其中度增益及光通量增益之分。其中亮度增益是最基本而通用的。亮度增益是最基本而通用的。亮度增益是最基本而通用的。亮度增益是最基本而通用的。2.2.亮度增益的定义亮度增益的定义亮度增益的定义亮度增益的定义 像管的亮度增益定义为：像管在像管的亮度增益定义为：像管在像管的亮度增益定义为：像管在像管的亮度增益定义为：像管在标准光源照射下，荧光屏上的光标准光源照射下，荧光屏上的光标准光源照射下，荧光屏上的光标准光源照射下，荧光屏上的光出射度出射度出射度出射度MM与入射到阴极面上的照

40、与入射到阴极面上的照与入射到阴极面上的照与入射到阴极面上的照度度度度EvEv之比。即之比。即之比。即之比。即 GL L=M/EV V3 背景特性背景特性n n合适的亮度是人眼观察图像的必要条合适的亮度是人眼观察图像的必要条合适的亮度是人眼观察图像的必要条合适的亮度是人眼观察图像的必要条件，但像管的输出亮度并不都是有用件，但像管的输出亮度并不都是有用件，但像管的输出亮度并不都是有用件，但像管的输出亮度并不都是有用的。在输出端荧光屏的图像上，除了的。在输出端荧光屏的图像上，除了的。在输出端荧光屏的图像上，除了的。在输出端荧光屏的图像上，除了有用的成像有用的成像有用的成像有用的成像(信号信号信号信号

41、)亮度以外，还存在亮度以外，还存在亮度以外，还存在亮度以外，还存在一种非成像的附加亮度，称之为背景一种非成像的附加亮度，称之为背景一种非成像的附加亮度，称之为背景一种非成像的附加亮度，称之为背景(或背景亮度或背景亮度或背景亮度或背景亮度)。像管的背景包括无光。像管的背景包括无光。像管的背景包括无光。像管的背景包括无光照射情况下的暗背景和因人射信号的照射情况下的暗背景和因人射信号的照射情况下的暗背景和因人射信号的照射情况下的暗背景和因人射信号的影响而产生的附加背景，称为信号感影响而产生的附加背景，称为信号感影响而产生的附加背景，称为信号感影响而产生的附加背景，称为信号感生背景生背景生背景生背景(

42、或光致背景或光致背景或光致背景或光致背景).).暗背景产生的暗背景产生的暗背景产生的暗背景产生的主要原因是光阴极的热电子发射和管主要原因是光阴极的热电子发射和管主要原因是光阴极的热电子发射和管主要原因是光阴极的热电子发射和管内颗粒引起的场致发射内颗粒引起的场致发射内颗粒引起的场致发射内颗粒引起的场致发射4 成像特性成像特性n n像管既是一个辐射探测器，又是像管既是一个辐射探测器，又是一个图像探测器。作为图像探测一个图像探测器。作为图像探测器，它应该具备好的成像特性。器，它应该具备好的成像特性。n n像管光阴极面上接收来自物空间的图像管光阴极面上接收来自物空间的图像管光阴极面上接收来自物空间的图

43、像管光阴极面上接收来自物空间的图像辐射照度，并由这一辐射照度的值像辐射照度，并由这一辐射照度的值像辐射照度，并由这一辐射照度的值像辐射照度，并由这一辐射照度的值在阴极面上的强度分布构成输入图像在阴极面上的强度分布构成输入图像在阴极面上的强度分布构成输入图像在阴极面上的强度分布构成输入图像通过像管这个成像器件的转换与增通过像管这个成像器件的转换与增通过像管这个成像器件的转换与增通过像管这个成像器件的转换与增强在荧光屏上产生相应的亮度分布，强在荧光屏上产生相应的亮度分布，强在荧光屏上产生相应的亮度分布，强在荧光屏上产生相应的亮度分布，构成输出图像。像管在完成转换与增构成输出图像。像管在完成转换与增

44、构成输出图像。像管在完成转换与增构成输出图像。像管在完成转换与增强的过程中，由于非理想成像，所以强的过程中，由于非理想成像，所以强的过程中，由于非理想成像，所以强的过程中，由于非理想成像，所以输出图像的几何尺寸、形状及亮度分输出图像的几何尺寸、形状及亮度分输出图像的几何尺寸、形状及亮度分输出图像的几何尺寸、形状及亮度分布不能准确地再现输入的幅照度分布，布不能准确地再现输入的幅照度分布，布不能准确地再现输入的幅照度分布，布不能准确地再现输入的幅照度分布，而使图像像质下降。这种像质下降主而使图像像质下降。这种像质下降主而使图像像质下降。这种像质下降主而使图像像质下降。这种像质下降主要表现在几何形状

45、及亮度分布的失真。要表现在几何形状及亮度分布的失真。要表现在几何形状及亮度分布的失真。要表现在几何形状及亮度分布的失真。通常用放大率、畸变、分辨力和调制通常用放大率、畸变、分辨力和调制通常用放大率、畸变、分辨力和调制通常用放大率、畸变、分辨力和调制传递函数来描述。传递函数来描述。传递函数来描述。传递函数来描述。1放大率放大率 像管的放大率像管的放大率m，指的是像管出射端输，指的是像管出射端输出图像的线性尺寸出图像的线性尺寸 l 与其对应的入射端与其对应的入射端图像的线性尺寸图像的线性尺寸 l 之比，之比，m=l/l因此，放大率是表征像管对图像几何尺寸因此，放大率是表征像管对图像几何尺寸放大或缩

46、小能力的一个性能参数。放大或缩小能力的一个性能参数。2.畸变畸变 由于像管常采用静电聚焦电子光由于像管常采用静电聚焦电子光学系统，它的边缘放大率比近轴学系统，它的边缘放大率比近轴放大率大，所以在出射端图像产放大率大，所以在出射端图像产生枕形畸变。由于物高不同，放生枕形畸变。由于物高不同，放大率不同，导致图像形状发生畸大率不同，导致图像形状发生畸形变化，故称为畸变，并以形变化，故称为畸变，并以D表表示畸变的程度。示畸变的程度。式中，式中，mr为距光阴极中心特定半径处为距光阴极中心特定半径处的放大率的放大率,m0为中心放大率。为中心放大率。3分辨力分辨力 成像器件能够将两个相隔极近的成像器件能够将

47、两个相隔极近的成像器件能够将两个相隔极近的成像器件能够将两个相隔极近的目标的像，刚刚能分辨清的能力称为目标的像，刚刚能分辨清的能力称为目标的像，刚刚能分辨清的能力称为目标的像，刚刚能分辨清的能力称为分辨力。分辨力。分辨力。分辨力。由于像管中电子光学系统存在着各由于像管中电子光学系统存在着各由于像管中电子光学系统存在着各由于像管中电子光学系统存在着各种象差，再加上荧光屏对入射电子、种象差，再加上荧光屏对入射电子、种象差，再加上荧光屏对入射电子、种象差，再加上荧光屏对入射电子、输出电子的散射和荧光粉粒度的限制，输出电子的散射和荧光粉粒度的限制，输出电子的散射和荧光粉粒度的限制，输出电子的散射和荧光

48、粉粒度的限制，以及级间耦合元件对光的散射、串光以及级间耦合元件对光的散射、串光以及级间耦合元件对光的散射、串光以及级间耦合元件对光的散射、串光等原因造成亮度分布失真，使输出等原因造成亮度分布失真，使输出等原因造成亮度分布失真，使输出等原因造成亮度分布失真，使输出图像的清晰度下降。为评定像管的成图像的清晰度下降。为评定像管的成图像的清晰度下降。为评定像管的成图像的清晰度下降。为评定像管的成像质量，最简单常用的方法是测定其像质量，最简单常用的方法是测定其像质量，最简单常用的方法是测定其像质量，最简单常用的方法是测定其分辩力分辩力分辩力分辩力.摄像管n n能输出视频信号的真空光电管叫做摄能输出视频信

49、号的真空光电管叫做摄像管。像管。n n原理：将二维空间分布的光学图像转原理：将二维空间分布的光学图像转换为随时间变化的一维电信号换为随时间变化的一维电信号n n具体步骤：光敏元件接收输入图像的具体步骤：光敏元件接收输入图像的辐照度进行光电转换辐照度进行光电转换n n电荷存储元件累计点亮，保持电荷量电荷存储元件累计点亮，保持电荷量在空间的分布在空间的分布 靶靶n n电子枪产生空间二维扫描电子束，逐电子枪产生空间二维扫描电子束，逐点将电荷与负载回路接通（一维）点将电荷与负载回路接通（一维）n n电视技术的出现，使人类摆脱了电视技术的出现，使人类摆脱了必须面对景物才能观察的限制，必须面对景物才能观察

50、的限制，从而开拓了一条实时图像传输的从而开拓了一条实时图像传输的技术途径。技术途径。n n电视是利用无线电或有线电电子电视是利用无线电或有线电电子学的方法来传送和显示远距离景学的方法来传送和显示远距离景物图像的设备。它不仅能超越障物图像的设备。它不仅能超越障碍提供远距离景物的图像，而且碍提供远距离景物的图像，而且能够在大屏幕上显示，其亮度和能够在大屏幕上显示，其亮度和对比度还可以调节。对比度还可以调节。一 电视摄像的基本原理电视摄像的基本原理n n电视摄像过程是将两维空间分布的光电视摄像过程是将两维空间分布的光电视摄像过程是将两维空间分布的光电视摄像过程是将两维空间分布的光学图像转换为一维时间