光電成像器件

光電成像器件光電成像器件分類像管與攝像管

像管—直觀式器件，輸入和輸出均為空間坐標(biāo)的圖像，只是改變了它的輻射性能(輻射強度或輻射波長)。

攝像管—信號發(fā)生器件，逐點對圖像取樣，將圖像從空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間坐標(biāo)。由于固體圖像傳感器的迅速發(fā)展，它以其優(yōu)異的性能在許多場合已取代了傳統(tǒng)的真空攝像管。像管的結(jié)構(gòu)像管有三個基本部分（1）光電變換部分：即光電陰極，它可以使不可見光圖像或亮度很低的光學(xué)圖像，變成光電子發(fā)射圖像。（2）電子光學(xué)部分：即電子透鏡，有電聚焦和磁聚焦兩種形式，它可以使光電陰極發(fā)射出來的光電子圖像，在保持相對分布不變的情況下進行加速。（3）電光變換部分：即熒光屏，它可以使打到它上面的電子圖像變成可見光。

像管工作原理原理：輻射像電子像電子像可見像組成光電陰極電子透鏡熒光屏

轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電子像增強+-光電陰極熒光屏電子透鏡像的變換、增強過程過程

①成像在光敏面上的輻射像轉(zhuǎn)換為電子像(光電陰極)②電子像增強(電子透鏡)③在顯示面上電子像轉(zhuǎn)換為可見像(熒光屏)像管和攝像管的主要區(qū)別像管內(nèi)部沒有掃描機構(gòu)，不能輸出電視信號，對它的使用就跟使用望遠(yuǎn)鏡去觀察遠(yuǎn)處景物一樣，觀察者必須通過它來直接面對著景物。像管的分類按輻射的性質(zhì)分①變像管不可見光圖像變?yōu)榭梢姽鈭D像②像增強管低亮度光學(xué)圖像變?yōu)橛凶銐蛄炼葓D像按聚焦方式分①非聚焦（近貼）型②靜電聚焦型③磁聚焦型

按發(fā)展階段分

①一代管

②二代管

MCP像增強器的應(yīng)用③

三代管

負(fù)電子親和勢陰極的使用近貼式像管

非聚焦型電子光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的象管比較簡單，它由兩個平行電極構(gòu)成，兩電極距離很近，所以又稱近貼式象管。均勻電場對光電子只有加速投射作用，沒有聚焦成像作用，從光電陰極同一點發(fā)出的不同初速的光電子，不能在熒光屏上會聚成一個像點，而是一個彌散圓斑，因此，近貼式像管的分辨率較低。光電陰極熒光屏上世紀(jì)30年代出現(xiàn)

3000—6000V高壓

像質(zhì)差、正像靜電聚焦管上世紀(jì)60年代出現(xiàn)提高了分辨率、增益特點：像差大、倒像靜電聚焦型象管的基本結(jié)構(gòu)：幾個圓筒形的電極可形成對光電子聚焦和加速的電場，使電子在熒光屏上呈倒立的象。電聚集型象管各電極電壓之比保持不變，即使總電壓稍有變化，電子軌跡也基本不變，因此，各電極電壓多用電阻鏈分壓的辦法供給。光電陰極多采用光纖面板，使其外側(cè)為平面，內(nèi)側(cè)為球面，以解決光學(xué)透鏡和電透鏡的象差問題。電磁聚焦管磁聚焦、電場加速、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、重量大、聚焦好、邊緣像質(zhì)好

圓筒形電極用來形成電場加速，管外的線圈用來使管內(nèi)產(chǎn)生平行于管軸的磁場，以形成電子透鏡。如果光電子有偏離于管軸的速度分量，磁場會使它呈螺旋狀前進。電子每旋一圈所需的時間與初速度無關(guān)，所以光電面上一點發(fā)射出來的電子，無論起初是沿什么方向發(fā)射，最終都可以被會聚于一點。變像管

紅外變像管的光電陰極多為Ag-O-Cs陰極，它可以使波長小于1.15的紅外光變成光電子。對于波長大于1.15的紅外光，采用負(fù)電子親和勢陰極，有的變像管也采用光電導(dǎo)技術(shù)，使紅外光成像到光電導(dǎo)靶面上，在靶的另一邊形成電勢分布圖像，使入射的電子流受到調(diào)制，利用返回的電子流使熒光面發(fā)光。右圖為裝有光電導(dǎo)靶的反射式變像管。圖像增強管

像管的亮度增益為50～100。如果像管后面是一個照相光學(xué)系統(tǒng)，并考慮到透鏡對光的吸收，這樣小的亮度增益是不能使感光膠片產(chǎn)生清晰的圖像的。因此管內(nèi)必須有使亮度進一步增益的措施。（1）級聯(lián)式圖象增強管為了增強圖象的亮度，可以使幾個獨立的像管串聯(lián)起來，使亮度遂級增益。這種3管式的圖像增強管，亮度增益可達(dá)。MCP圖像增強器MCP由大量極細(xì)的空心管道組成，管徑約十幾微米。微管道內(nèi)壁為二次電子發(fā)射系數(shù)σ＞1的高阻材料。厚度約數(shù)毫米，兩端加上數(shù)千伏的直流電壓，在微管道內(nèi)即形成極強的電場。當(dāng)光電面發(fā)射的電子進入微管道后，在強電場作用下經(jīng)過和管壁的多次碰撞，而得到電子倍增。一般直流電壓為10kV的微通道板，可得到105～106的電子增益。

1000～3000V高ρ、高σ材料像管的主要特性參量光譜響應(yīng)特性和光譜匹配增益特性

等效背景照度

分辨率

光譜匹配因數(shù)光源光電陰極、人眼視覺函數(shù)熒光屏可用光譜匹配因數(shù)定量描述。其含義是陰極積分靈敏度為峰值光譜靈敏度的百分?jǐn)?shù)。光源與光電陰極之間的光譜匹配A1S(λ)Φ(λ)A2100500相對光譜響應(yīng)%光陰極相對靈敏度光源相對光譜分布300400500600增益與分辨率

增益分辨率lp/mm

用標(biāo)準(zhǔn)測試板通過像管后，熒光屏每毫米長度上用目測能分辨開黑白相間等間距條紋的對數(shù)。

等效背景照度暗背景無光照熒光屏的發(fā)光，影響弱光圖象的對比度。等效背景照度熒光屏產(chǎn)生暗背景亮度時，（折算到）光電陰極所需的照度值。

式中：Bb為暗背景亮度階躍光纖傳光原理階躍光纖由均勻的高折射率材料的圓柱芯和低折射率材料的外圍包層所構(gòu)成，折射率在兩界面處突變。

光束由外部射入纖芯時要產(chǎn)生一次折射，設(shè)在纖芯端面處入射角為θ，射入纖芯后折射角為θ’，射到光纖芯界面的入射角為i1，當(dāng)il≥ic時光束產(chǎn)生全反射，如果光纖結(jié)構(gòu)均勻，那么第一次全反射后的光束在第二次與光纖芯皮界面相遇時也滿足全反射條件。這樣經(jīng)多次全反射后，就可使由光纖一個端面入射的光束從另一個端面輸出。數(shù)值孔徑NA數(shù)值孔徑NA與光纖芯皮界面全反射臨界角ic相對應(yīng)，光束入射光纖端面也有一臨界角θc，當(dāng)θ＜θc則光纖產(chǎn)生全反射傳光。將角θc叫作光纖的孔徑角。該角的正弦與所處介質(zhì)折射率的乘積定義為光纖的NA。NA計算公式

θc’與ic

互補數(shù)值孔徑的物理意義NA表示光纖接