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光电成像器件

光电成像器件分类

像管与摄像管

像管—直观式器件，输入和输出均为空间坐标的图像，只是改变了它的辐射性能(辐射强度或辐射波长)。

摄像管—信号发生器件，逐点对图像取样，将图像从空间坐标转变为时间坐标。由于固体图像传感器的迅速发展，它以其优异的性能在许多场合已取代了传统的真空摄像管。

像管的结构

像管有三个基本部分

（1）光电变换部分：即光电阴极，它可以使不可见光图像或亮度很低的光学图像，变成光电子发射图像。

（2）电子光学部分：即电子透镜，有电聚焦和磁聚焦两种形式，它可以使光电阴极发射出来的光电子图像，在保持相对分布不变的情况下进行加速。

（3）电光变换部分：即荧光屏，它可以使打到它上面的电子图像变成可见光。

像管工作原理

原理：

辐射像电子像电子像可见像

组成光电阴极电子透镜荧光屏

转换

转换

电子像增强

像的变换、增强过程

过程

①成像在光敏面上的辐射像转换为电子像(光电阴极)

②电子像增强(电子透镜)

③在显示面上电子像转换为可见像(荧光屏)

像管和摄像管的主要区别

像管内部没有扫描机构，不能输出电视信号，对它的使用就跟使用望远镜去观察远处景物一样，观察者必须通过它来直接面对着景物。

像管的分类

按辐射的性质分

①变像管不可见光图像变为可见光图像

②像增强管低亮度光学图像变为有足够亮度图像

按聚焦方式分

①非聚焦（近贴）型②静电聚焦型③磁聚焦型

按发展阶段分

①一代管

②二代管MCP像增强器的应用

③三代管负电子亲和势阴极的使用

近贴式像管

非聚焦型电子光学系统结构的象管比较简单，它由两个平行电极构成，两电极距离很近，所以又称近贴式象管。

均匀电场对光电子只有加速投射作用，没有聚焦成像作用，从光电阴极同一点发出的不同初速的光电子，不能在荧光屏上会聚成一个像点，而是一个弥散圆斑，因此，近贴式像管的分辨率较低。

静电聚焦管

静电聚焦型象管的基本结构：

几个圆筒形的电极可形成对光电子聚焦和加速的电场，使电子在荧光屏上呈倒立的象。

电聚集型象管各电极电压之比保持不变，即使总电压稍有变化，电子轨迹也基本不变，因此，各电极电压多用电阻链分压的办法供给。

光电阴极多采用光纤面板，使其外侧为平面，内侧为球面，以解决光学透镜和电透镜的象差问题。

电磁聚焦管

磁聚焦、电场加速、结构复杂、成本高、重量大、聚焦好、边缘像质好

圆筒形电极用来形成电场加速，管外的线圈用来使管内产生平行于管轴的磁场，以形成电子透镜。如果光电子有偏离于管轴的速度分量，磁场会使它呈螺旋状前进。电子每旋一圈所需的时间与初速度无关，所以光电面上一点发射出来的电子，无论起初是沿什么方向发射，最终都可以被会聚于一点。

变像管

红外变像管的光电阴极多为Ag-O-Cs阴极，它可以使波长小于1.15的红外光变成光电子。对于波长大于1.15的红外光，采用负电子亲和势阴极，有的变像管也采用光电导技术，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像，使入射的电子流受到调制，利用返回的电子流使荧光面发光。右图为装有光电导靶的反射式变像管。

图像增强管

像管的亮度增益为50～100。如果像管后面是一个照相光学系统，并考虑到透镜对光的吸收，这样小的亮度增益是不能使感光胶片产生清晰的图像的。因此管内必须有使亮度进一步增益的措施。

（1）级联式图象增强管

为了增强图象的亮度，可以使几个独立的像管串联起来，使亮度遂级增益。这种3管式的图像增强管，亮度增益可达。

MCP图像增强器

MCP由大量极细的空心管道组成，管径约十几微米。微管道内壁为二次电子发射系数σ＞1的高阻材料。厚度约数毫米，两端加上数千伏的直流电压，在微管道内即形成极强的电场。当光电面发射的电子进入微管道后，在强电场作用下经过和管壁的多次碰撞，而得到电子倍增。一般直流电压为10kV的微通道板，可得到105～106的电子增益。

像管的主要特性参量

光谱响应特性和光谱匹配

增益特性

等效背景照度

分辨率

光谱匹配因数

光源光电阴极、人眼视觉函数荧光屏

可用光谱匹配因数定量描述。

其含义是阴极积分灵敏度为峰值光谱灵敏度的百分数。

光源与光电阴极之间的光谱匹配

增益与分辨率

增益

分辨率lp/mm

用标准测试板通过像管后，荧光屏每毫

米长度上用目测能分辨开黑白相间等间

距条纹的对数。

等效背景照度

暗背景无光照荧光屏的发光，影响弱光图象

的对比度。

等效背景照度荧光屏产生暗背景亮