四讲_微光像增强器.ppt

第四章微光像增强器、微光像增强器的应用实例：1微光夜视技术和像增强器的发展2多碱阴极和GaAs光电阴极的制造3微通道板和离子阻挡膜4荧光屏5像增强器的性能参数和测试原理6现在研究的内容，1微光夜视技术和像增强器的发展夜视技术在夜间低照度条件下采用光电成像方法，减轻或克服人眼在低照度下和有限光谱响应下的限制，开拓人眼视觉。 夜视技术始于20世纪30年代。 1934年首次红外变像管在德国出生，开创了夜视技术的新纪元。 微光像放大器是一种光电器件，是微光夜视技术的核心器件，是微光夜视器件性能和价格的决定性因素。、微弱的光学图像、微弱的电子图像、增强的光学图像、物镜、时间极、微通道板、荧光屏、目镜、图像传感器、图像传感器和夜视系统的结构和工作原理， 2微光视觉技术和图像增强器的发展始于1936年，是研究微弱图像信号增强、转换、传输、存储、处理的专业技术。 这分为直视系统和间视系统2种，直视系统被称为显微镜，是利用目标物反射的星星和月亮以及大气的辉度，通过图像增强器增强，使人眼可以观察到的夜视镜。 a第一代微光夜视仪是1962年在美国制作的第一代微光夜视仪，以纤维光学面板为输入输出窗的三级级联耦合的像增强器为核心器件。 第一代图像传感器结构的示意图，b .第二代微夜视觉是1970年开发的第二代微夜视觉，采用微通道板的图像传感器作为核心装置，第二代、超第二代和第三代图像传感器结构的示意图，光电转换微通道板电子倍增、荧光屏电光转换、微光电视技术的特征和作用微光核器件的工作原理(m)n倍增次数二次电子倍增系数，微光夜视技术的特征和作用微光核器件的工作原理， 动作时施加3个电压，光电阴极通道板输入端通道板的两端、通道板输出端荧光屏、c .第三代微光夜视1979年美国ITT公司开发的第三代微光夜视仪，根据第二代薄膜管，将多碱性光电阴极置于GaAs负极微光像增强器系列，d .超二代微光夜视1989年，JacquesDupuy等人开发了超二代像增强器。 超双主机基于双主机，通过提高时间的灵敏度(灵敏度从300-400A/lm提高到600A/lm以上)，减少微通道板的噪声率，提高输出信噪比(改善微通道板的性能)，改善管整体的MTF 微光像增强器系列，e第四代微光夜视，1998年美国Litton公司和ITT公司开发出了无离子遮断膜和薄离子遮断膜的微通道板，将具有自动门控电源的下一代像增强器作为核心部件的夜视瞄准器称为第四代微光夜视器。微光夜视技术特征和作用微光夜视技术的核心器件包括：、1Thinion-barrierfilm/高性能薄离子隔离膜2lownoisefifigururemcp/低噪音因子微通道板3gatedpowersupply/gated电源，典型的应用系统结构，世界各国的发展概况，俄罗斯，欧洲，法国： PHOTONICS (超二代)荷兰： DELFT以色列，中国， 诸如3360之类的管理员可以将在暗环境中人眼看不到的物体转换为可见光图像，而3360相机可以将各种图像信号转换为电信号以便记录、存储并传输至远处的观察者，并且随时将它们呈现给人们。 光电成像装置扩大了人的视野，扩大了人眼的视力范围，丰富了人们的生活。 光电成像器件在光电技术中占有非常重要的地位。4.1管的基本原理和结构，管结构的图像，1-物镜2-光电阴极3-电子透镜4-荧光屏5-目镜，结构由光电阴极、电子光学系统、荧光屏3个部分构成，管本身应发挥光谱变换、亮度和成像的作用。 1 .光谱变换之一的：光电阴极完成光-电子图像2 .电子图像：的电子光学系统类似于光学透镜，能够对电子进行成像，将来自光电阴极的电子像映射到荧光屏3 .由于对增强亮度的：电子光学系统施加了高电压， 加速电子，电子获得能量，高速撞击荧光屏，释放出比入射光强得多的光能。 光谱变换的：荧光屏完成电子光。 这样管理完成了增强频谱变换、成像和亮度的功能。 1-物镜2-光电阴极3-电子透镜4-荧光屏5-目镜、4.1.1光电阴极、光电阴极光谱响应曲线、4.1.2电子光学系统、像管中电子光学系统的作用有两个：加速光电子； 使光电子在像面上成像。 具有与光学透镜相似的性质，可以用与几何光学相似的方法处理物体。 因此，能够聚焦成像电子流的电子光学系统称为电子透镜。 电子透镜有静电透镜和磁透镜两种。 静电镜头根据对焦是否正确分为：对焦类型和非对焦类型。 静电电子光学系统通过静电场使光电子加速，使成像面聚焦。 磁透镜是电磁复合系统，通过静电场的加速和磁场完成聚焦成像。 1 .非聚焦型电子光学系统即接近型、c-阴极、a-阳极；电子着落高度的计算是从物点o发射的任意电子，其初始发射角分别表示电子初始能量及其在r和z中的能量成分(eV )。 该电子的轨迹为抛物线：当该电子到达阳极时，其着落点的径向高度在接近聚焦管中通常为u、因此全彩色电子束的最大色散圆半径的计算考虑到电子的初始角度分布，单能量电子束的最大色散圆斑的半径为， 由于光电子不仅具有角度分布，还具有初始能量分布，因此全彩色电子束的最大色散圆半径由该式可知，阴极与阳极之间的电位差u越大色散圆斑越小，最大初始电位与极间距离l越小色散圆斑也越小。 通常，极间距离l非常小，例如小于1mm，但是u越大，例如3-7KV，极间距离越小，电位差越高，图像越清晰，接近型越广泛地应用于图像管。 2 .静电聚焦电子光学系统、(1)等径双圆柱结构、等径双圆柱透镜的成像原理：静电聚焦电子光学系统或者静电透镜通常由轴对称静电场所形成，并且通过向具有轴对称几何形状的若干金属半导体电极施加不同电位，可以形成轴对称电场。 聚焦形成大于发散：的凸透镜，聚焦部分位于轴向速度相对较慢的低电位空间内，电子受到放射状电场聚焦作用的时间长，因此聚焦作用强。 由于发散空间电子轴向速度大，发散作用弱，整体透镜作用仍然收敛。 通过透镜区到达等位区域，以直线运动撞击荧光屏，在电子透镜的成像作用下，阴极面的物体在屏幕上形成反像。 在电位变化空间中，透镜相当于凸透镜。 (2)不等直径的双圆柱因为有孔兰，能有效地控制系统的发散作用，阻止电子照射屏幕，减小荧光屏发光对阴极的反馈，降低背景噪声和噪声。 在平面阴极管中，几何像差比较严重，边缘像质差。 (3)双球面系统，特征：电场分布，特别是阴极附近的电场分布，球面性好，因此各自的主轨迹为轴对称，其邻接轨迹为旋转对称，像散小。 像散是指电子透镜沿放射方向产生的像差。 采用曲面荧光屏，会大幅减少像场弯曲的影响，因此像场整体的画质比较均匀。像场弯曲是由轴外场折射率和近轴场折射率不同引起的像差。 即使采用曲面屏幕，畸变也会大大降低，但有可能发生桶形畸变，但考虑到图像亮度的均匀性，宁肯屏幕的曲率半径大，枕形畸变小。 阴极面的电场强度从轴上向轴外大致一定，色差的影响在摄像面上比较均匀地稍微提高。 3 .复合聚焦电子光学系统，利用由静电场和静磁场形成的复合磁场使电子聚焦的电子复合场中的运动，电磁复合电子光学系统的原理，电子在垂直于磁场的平面上进行圆运动，旋转周期为T=2m/Be，与径向速度无关。 电子在管轴方向上作加速运动。 在垂直于磁力线的平面上，电子还在进行周期性的旋转运动，因此在综合运动中，电子在空间中的运动轨迹呈变节距。磁聚焦的优点和缺点：磁聚焦的优点：聚焦作用强，聚焦能力容易调节，线圈电流可调节的轴上点和轴外点具有相同的成像质量，因此容易保证边缘画质的像差小，辨别率高。 磁聚焦缺陷：需要产生磁场，附设直流励磁和线圈管等，设备尺寸、重量增大，结构复杂。 常用于真空摄像管和电子显微镜等。 4.1.3荧光屏、荧光屏将电子动能转换成光能。 高能量电子击中荧光屏，荧光屏发光。 对于例如管子的荧光屏的主要要求是产生荧光屏应当具有高转换效率的足够亮度的适当馀辉时间，所述适当馀辉时间必须与眼睛或与眼睛相耦合的下一光电阴极的光谱响应一致，当然是良好的机械强度、化学稳定性、热稳定性荧光屏发光材料的主要特性是光谱特性和发光效率。 另外，发光效率的定义、发光效率是指由于与荧光屏碰撞的电子流能量而引起的荧光屏的发光强度，单位为lm/W。 该数值是表现荧光体的发光强度的重要参数，光谱特性对多级成像管的亮度增益起着很大作用。 荧光屏的光谱辐射特性、荧光材料有ZnS:Ag(P11 )、ZnS:Cu(P31 )、(Zn、Cd)S:Ag(P20 )等，一些典型的荧光屏的光谱效率如图所示。 管常用的荧光屏P20，发光色为黄绿色，峰值波长为0.56m，馀辉时间为0.05-2ms，粉粒度控制在3.5m，保证屏幕的分辨率。 荧光体材料的电阻率高，通常为10101014cm，介于绝缘体和半导体之间。 光电子碰撞时，负电荷积蓄，电压下降，影响阳极和屏幕的电位。 因此，在屏幕上蒸发铝，能够引出积蓄的负电荷的同时铝有反射光的作用，增加了光的出射强度。 但是，蒸发铝的话，电子通过铝膜就会失去能量。 铝膜越厚，电子能量损失越大，电子能量越小，损失能量越大。 因此，满足了引出电荷的作用，尽量减薄膜厚，简称为4.1.4光纤板、光纤板，它是由许多单根光纤组合而成的，其传输原理利用了材料界面的全反射。临界入射角、2 .光纤板和性能要求图像管中使用的光纤板主要具有：的性能，数值孔径为芯n1=1.76，芯n2=1.50，N.A=0.8476，从空气中或真空入射，全反射临界角为57.9，实测为53左右透光率高，分辨率高，气密性、化学稳定性、机械加工性、热稳定性好。 数值孔径、管道等不仅是放射线检测器，还是成像器件。作为放射线检测器，为了提供充分的亮度，必须具有高的量化效率和信息放大能力。 此特性通常必须以小的图像几何失真、适当的几何放大率、以及尽可能小的亮度扩散能力提供足够的视场角和对比度作为以光电阴极灵敏度和总管亮度增益描述的图像形成装置。 这些特性通常描述为失真、放大率、调制传递函数、分辨率、对比度损失等。 观察并描述包括灵敏度阈值、信噪比等参数作为它们的综合性能。 4.2显像管的主要特性分析，4.2.1显像管的光谱响应特性，显像管的光谱响应特性实际上是第一光电阴极的光谱响应特性，研究显像管的光谱响应特性有两个作用：光电阴极光电流：光电流影响灵敏度，提高光电流有利于减少背景噪声提供目标与背景之间光电子图像的比较器：的初始比较是确定输出信噪比且影响管理边界鉴别能力的重要因素。 4.2.2图像管的增益特性、足够亮度是观察图像所需的条件，具有足够亮度，使输出的亮度足够亮，眼睛的亮度不影响检测能力。 在入射光强度恒定的情况下，根据亮度增益来确定输出亮度的大小。 1 .增益定义，1 )亮度增益是管输出亮度l与阴极入射照度Ev之比的倍，2 )放射亮度增益，Ev=EeK，在对朗伯光源增益式中，M是光出射度lm/m2，3，3 )光束增益，分别输出时的输入光束。 此外，m像管几何放大率、As、Ac分别是荧光屏和阴极的有效面积。 因此，光束增益变为亮度增益的m2倍，在二次显像管中，一次出射光束为二次入射光束，二次出射光束。4.2.4管的背景特性、管的背景是指其背景的亮度，也就是指信号以外的附加亮度，根据背景的来源分为暗的背景的亮度和信号，感觉背景的亮度。 1 .暗的背景是，将阴极射线管置于完全暗的环境中，施加动作电压后，荧光屏也会发出一定亮度的光，这样无照射时荧光屏的发光被称为阴极射线管的暗的背景。 主要是来自：光电阴极的热放射电流局部电场强度引起的电场放射电极上的二次电子放射等。 这些电子也因电场加速而撞击荧光屏发光。 由于存在暗背景影响：的暗背景，背景的亮度重叠在屏幕上的目标图像上，图像的对比度降低，并且在弱光照射下产生的图像可能被背景掩盖，使得不能进行确定。 2 .在光纤被照射时，信号感觉到背景Lsb，从而引起与入射光信号无关的背景亮度，其主要原因是光反馈和离子反馈。 此外，背景等效照度Eb定义为相当于暗背景亮度的阴极入射照度，LdB暗背景亮度GL亮度增益。 LdB通常为10-310-2(cd/m2)，通过增益得到Ebe，而阴极射线管的Ebe通常为10-3lx级，微光纤Ebe为10-7lx级，从光反馈源：入射的光的一部分透过半透明阴极， 该一部分透射光通过管内电极和管壁的散射反馈到光电阴极，另外荧光屏的光也通过一部分阳极孔或管壁和电极的散射反馈到光电阴极。 所有这些反馈都会引起光电阴极不期望的电子发射，用荧光屏激发背景亮度，这就是光反馈。 减少光反馈的方法：在阴极射线管中，在黑化电极、荧光屏上蒸镀铝，合理缩小阳极开口尺寸，是减少光反馈的措施。4.2.5显像管传递特性、显像管传递图像时对图像的几何形状和亮度分布的影响、放大率：显像管的出射端图像的直线尺寸l 与对应于入射端图像的直线尺寸l之比、图像形成装置的变形图案(a )无变形