《光电技术》PPT课件

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1、光电成象器件是指能够输出图像信息的一类器件。它包括真空成象器件和固体成象器件两大类。真空成象器件又包括：变象管、象增强器、摄象管。变象管是使不可见光图像变为可见光图像的器件，象增强器是使微弱光图像变为可见光图像的器件，摄象管是使光学图像变为电视信号的器件。第五章光电成象器件固体成象器件是通过特殊的结构与电路以自扫描的方式读出电信号再通过显示器件成象的器件。光电成象器件在国防、工业、新闻、医学、天文学等领域获得广泛的应用，具有很强的生命力。变象管是把不可见光图像变为可见光图像的真空光电管，象增强器是把亮度很低的光学图像增强到足够亮度图像的真空光电管。统称它们为象管。§5

2、.1变象管和象增强器象管通常有三个基本部分，即光电阴极、电子光学系统、荧光屏。如图所示。光电阴极使亮度很低的光学图像或不可见光学图像转换成光电子图像，在超高真空管内，这些光电子从外部高压电源获取能量，并受电子光学透镜聚焦，高速轰击荧光屏，从而产生人眼可见的相应光学图像。一、象管基本结构1.光电阴极光电阴极是涂覆于光窗内壁的光电发射材料薄膜。常用的光电阴极有：锑铯光电阴极，多碱光电阴极等。2.电子光学系统电子光学系统有电聚焦和磁聚焦两种形式。静电聚焦型象管结构示意图：几个圆筒形的电极可形成对光电子聚焦和加速的电场。但电聚焦的球面像差较大，画面的中心部分和边缘部分放大率不

3、等，图像有失真，光电阴极作成曲面状能补偿像差。但曲率大时，焦距又要变小，使边缘部分的分辨率降低。因此，像增强管多采用光纤面板，使其外侧为平面，内侧为球面，以解决像差问题。磁聚焦型象管结构示意图：管外的线圈用来使管内产生平行于管轴的磁场，以形成磁透镜。磁聚焦的优点是聚焦作用强，容易调节，也容易保证边缘像差。缺点是管子外有长螺旋线圈和直流激磁等，使整个设备的尺寸、重量增加，结构较复杂。3.荧光屏荧光屏的作用是将电子动能转换成光能。对荧光屏的要求是不仅应具有高的转换效率，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响应一致。常用荧光屏发光材料的光谱发射:二、图象增强技

4、术为了增强图像的亮度，经历了三代象增强器。1.第一代像增强器将几个分立的单级图像增强管组合起来，构成级联式图像增强管。如图：每个单级管的输入窗和输出窗都是由光纤面板制成，它的亮度增益可达105。2.第二代像增强器第二代像增强器是用微通道板（Microchannelplates，MCP）实现单级高增益图像增强。MCP是一种大面积微通道电子倍增器，它由二次电子发射系数较高的含铅玻璃制成。微通道板的结构如图：微通道板是一块被加工成薄片（0.4至几个毫米）的空芯玻璃纤维二维阵列。每个空芯管内径6~50μm，长径比约为40/1~80/1，薄片端面法线相对于微通道轴心线的偏置角为

5、5º~10º。通道内壁覆盖一层高阻二次电子发射膜。在微通道板的两端加上高的直流电压（约kV）后，在每个微管道内即形成极强的电场。当光敏面发射的电子进入微管道后，在强电场作用下与管壁多次碰撞，由于高的二次电子发射（二次发射系数δ﹥1），使得n次轰击内壁后在输出端会得到δn个电子，从而实现了电子倍增作用。一般10kV的MCP可得到105~106的电子增益。微通道板像增强器的优点是体积小，重量轻，而且由于微通道板的增益与所加偏压有关，因此可以通过调整工作偏压来调整增益。另外，微通道板像增强器有自动防强光的优点，这是因为当微通道板工作在饱和状态时，输入电流再怎么增加而输出仍保

6、持不变，因此，可以保持荧光屏在强光下不致于被“灼伤”。双近贴式光电阴极、微通道板、荧光屏相互靠得很近。一般光电阴极与微通道板的距离小于0.1mm，微通道板与荧光屏之间的距离小于0.5mm。微通道板像增强器主要有两种：双近贴式和倒像式。双近贴式微通道板像增强器结构：光电阴极发射的光电子直接打到MCP上。这种管子体积小，重量轻，使用方便，但像质和分辨率较差。倒像式微通道板像增强器结构如图：倍增后，在均匀电场作用下直接投射到荧光屏上。因为在荧光屏上所成的像相对于光电阴极来说是倒像，故称为倒像管。这种管子具有较高的分辨率和像质。第三代图像增强器是第二代像增强器的微通道板结构配

7、以负电子亲和势光电阴极。负电子亲和势光电阴极不仅在可见光范围有较高的灵敏度，而且在近红外区也有比银氧铯光电阴极高的量子效率，因此，这种图像增强器能同时起到光谱变换和微光增强的作用。倒像式是在管内荧光屏前插入微通道板，微通道板的输出端与荧光屏之间仍采用近贴式。由光纤面板上的光电阴极发射的光电子图像，经静电透镜聚焦在MCP上，MCP将电子图像3.第三代图像增强器能够输出视频信号的真空光电管称为摄像管。§5.2摄像管摄像管的种类很多，按光电变换形式进行分类，基本上分为两类。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。属于光电发射型摄像管这