真空成像器件

發(fā)展1934年成功地研制出光電像管，應(yīng)用于室內(nèi)外的廣播電視攝像。它的靈敏度相當(dāng)?shù)?，要達(dá)到現(xiàn)在圖像信噪比的要求，需要不低于10000lx的照度。這就使它的應(yīng)用范圍受到很大的限制。

1947年制成超正析像管，使最低照度的要求降低到2000lx。1954年靈敏度較高的視像管投入市場。視像管成本低，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度和分辨率都很高，但是在低照度情況下它具有相當(dāng)大的慣性，使其不能適用于高速運(yùn)動(dòng)圖像測(cè)量，不能取代超正析像管用于彩色廣播電視攝像機(jī)．而主要用于電視電影；工業(yè)電視等方面。晴天室外照度陰天室外照度發(fā)展1965年氧化鉛管成功地替代了超正析像管，廣泛地應(yīng)用于彩色電視攝像機(jī)。氧化鉛管結(jié)構(gòu)簡單，體積小，靈敏度很高．分辨高，慣性小，它使彩色電視廣播攝像機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)飛躍。1976年前后，又相繼研制出靈敏度更高，成本更低的硒靶管和硅靶管。1970年美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了電荷耦合器件(CCD)原理以來，光電成像器件的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段－－CCD固體攝像器件的發(fā)展階段。CCD攝像器件的體積更小，靈敏度更高，應(yīng)用更靈活、更方便，CCD攝像器件采用自掃描輸出方式，排除了電子槍掃描帶來的光電轉(zhuǎn)換的非線性失真。光電成像器件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，如，電視技術(shù)、夜視技術(shù)、工件的圖象測(cè)量、精密零件的微小尺寸測(cè)量、產(chǎn)品外觀檢測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變場分析、機(jī)器人視覺（自動(dòng)掃描、定位、跟蹤、識(shí)別和控制）、交通管理與指揮等。、、光電成像器件分類光電成象器件真空攝像器件固體攝像器件發(fā)射式電導(dǎo)掃描型非掃描型光電型熱電型熱釋電型像增強(qiáng)管變像管電荷傳送型CMOSCCDCIDCPD紫外變像管紅外變像管X射線變像管串聯(lián)式像增強(qiáng)管微通道板式像增強(qiáng)管負(fù)電子親和式像增強(qiáng)管級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)管P143P200（一）分類能夠輸出視頻信號(hào)的一類真空光電管稱為攝象管。按結(jié)構(gòu)分，常把有移象區(qū)的攝象管稱為光電發(fā)射式攝象管，它的光電變換部分和光信息存儲(chǔ)部分是由兩部分來完成的，彼此分離，總稱為移象區(qū)。一、攝像管1.外光電變換型（光電發(fā)射型）1.外光電變換型超正析管、分流管、二次電子導(dǎo)電攝象管和硅靶電子倍增管等。超正析管的靈敏度高，惰性極小，圖象質(zhì)量較好，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，笨重，成品率低，現(xiàn)已被氧化鉛攝象管所代替。分流管、二次電子導(dǎo)電攝象管以及硅靶電子倍增管同屬微光攝象管，其增益和靈敏度很高，可工作在較低亮度的場合。2.內(nèi)光電變換型（光電導(dǎo)型）把沒有移象區(qū)的攝象管稱為光電導(dǎo)式攝象管或視象管，它的兩部分功能全由一個(gè)靶來完成。電子槍部分二者基本相同。這兩類管子比較，光電發(fā)射式攝象管歷史最早，信號(hào)質(zhì)量也最高，但體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整麻煩，所以目前除特殊場合（微光攝象領(lǐng)域）外一般用得較少。光電導(dǎo)式攝象管比前者體積小，結(jié)構(gòu)簡單，信號(hào)質(zhì)量有的也接近于前者，所以電視領(lǐng)域中用得較為普遍。2.內(nèi)光電變換型（視像管）利用內(nèi)光電效應(yīng)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的攝象管，統(tǒng)稱為視象管，屬于這類的攝象管，按光導(dǎo)靶的結(jié)構(gòu)又可分為光電導(dǎo)(注入)型、p—n結(jié)(阻擋)型兩種，光電導(dǎo)型采用光電導(dǎo)材料，如硫化銻(sb2S3)管，p—n結(jié)型管有氧化鉛(PbO)管、硅靶管和異質(zhì)結(jié)靶管等等，視象管的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用方便，在工業(yè)電視中被廣泛應(yīng)用。（二）基本原理攝象管的工作原理是：先將輸入的光學(xué)圖象轉(zhuǎn)換成電荷圖象，然后通過電荷的積累和儲(chǔ)存構(gòu)成電位圖象，最后通過電子束掃描把電位圖象讀出，形成視頻信號(hào)輸出。攝象管具有三個(gè)基本功能：光電變換、光電信息的積累、儲(chǔ)存及掃描輸出。當(dāng)被攝景物的光學(xué)圖象通過物鏡投射到攝象管上時(shí)，由于攝象管受照面的材料具有光導(dǎo)或光電發(fā)射作用，在攝象管的靶面上(或光電陰極面上)就建立起與入射照度分布相對(duì)應(yīng)的電位起伏，這就完成了光電變換的功能，從電子槍發(fā)射出來的電子束依次沿著靶面掃描，掃描線經(jīng)過某一點(diǎn)(稱為象素)的時(shí)間只占掃描整個(gè)光敏面所需周期的極小部分(0.062μs)，為了提高檢測(cè)靈敏度，每個(gè)象素在掃描周期內(nèi)應(yīng)不間斷地對(duì)轉(zhuǎn)換后的電量進(jìn)行積累，這時(shí)靶又起到了積累存儲(chǔ)光電信息的功能，當(dāng)電子束依次沿著靶面掃描，將靶面的電位起伏順序地轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)輸出，就完成了掃描輸出的功能。(三)、主要參數(shù)1．光電特性

攝象管輸出的光電流與入射的光照度之間的函數(shù)關(guān)系常表示為由圖可見，在光電轉(zhuǎn)換特性中最重要的參量是γ。γ＝1表示Ip與E成正比例關(guān)系，這時(shí)，電視信號(hào)的灰度等級(jí)均勻。γ＜1，電視信號(hào)有均勻的灰度畸變，但此時(shí)在低照度下的靈敏度有相對(duì)的增加，高照度下的光電特性呈一定的飽和狀態(tài)。γ＝1有利于提高暗場時(shí)的信噪比，γ＜l有利于擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍，γ＞1是不適用的。Ip=kEγIp：光電流E：照度γ：光照指數(shù)k：比例系數(shù)２分辨率攝象管的分辨率是指攝象管對(duì)于光學(xué)圖象細(xì)節(jié)的鑒別能力。一般有兩種表示法：

在最佳照度下，使高對(duì)比度的黑白相間條形圖案投射到攝象管的光敏面上，然后在監(jiān)視器上去觀察可分辨的最高空間頻率數(shù)。在電視中，通常是指在光柵高度范圍內(nèi)可分辨的最多電視行數(shù)（TVL/H）。有時(shí)也采用“線對(duì)/mm”的單位，它等于可分辨的電視行數(shù)一半除以靶的有效高度（mm）。例如25mm的視象管，靶面的有效高度約為10mm，若可分辨的最多電現(xiàn)行數(shù)為400時(shí)，相當(dāng)于20線對(duì)/mm。按這種方法表示的分辨率稱為極限分辨率。電視分辨率圖1）極限分辨率2）調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）的定義是，輸出調(diào)制度Mo與輸入調(diào)制度Mi之比的百分?jǐn)?shù)MTF=Mo/Mi×100%=(A-B)/(A+B)×100%調(diào)制度是無線電學(xué)中的概念，引用到光學(xué)中來可以說它是對(duì)比度。M的定義是，光信息的最大值A(chǔ)與光信息最小值B之差，對(duì)A、B和的百分比。

圖象在傳送過程中，調(diào)制度M是隨空間頻率的增大而減小的。如果把調(diào)制度的損失程度以百分?jǐn)?shù)表示（以零頻時(shí)的調(diào)制度為100%），則調(diào)制度與空間頻率的關(guān)系曲線，就是調(diào)制傳遞函數(shù)。MTF能夠用儀器測(cè)量，因此它能客觀地反映攝象管的分辨力。１．視象管的結(jié)構(gòu)：（四）、光電導(dǎo)攝象管（視象管）視象管的基本結(jié)構(gòu)包括兩大部分：光電靶和電子槍。光電靶由光窗、信號(hào)極和靶組成，靶面的光敏層可進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，它的軸向電阻小，橫向電阻大，有利于保持光電轉(zhuǎn)換形成的電量潛象，并在掃描周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)積分存儲(chǔ)。電子槍部分包括燈絲、熱陰極、控制柵極、各加速電極和聚焦電極、靶網(wǎng)電極和管外的聚焦線圈、偏轉(zhuǎn)線圈、校正線圈等，它的作用是產(chǎn)生電子，并使它聚焦成很細(xì)的電子射線，按著一定的軌跡掃描靶面。２．各部分的作用：（1）光學(xué)物鏡：把景物所反射的光成像到靶面上（2）光電陰極：光電轉(zhuǎn)換（3）電子槍：產(chǎn)生熱電子，并使它聚焦成很細(xì)的電子射線，按著一定的軌跡掃描靶面。３．幾種常見的視象管：（１）硅靶攝象管硅靶攝象管窗口玻璃內(nèi)表面涂有一層很薄的既可透光也可導(dǎo)電的金屬膜，在它上面接有引線可同負(fù)載相連，稱為信號(hào)板。挨著信號(hào)板的是一塊N型硅片（硅靶）。硅片朝著電子槍一邊的表面，先生成一層氧化層（SiO2），接著利用光刻技術(shù)在SiO2上光刻成幾十萬個(gè)小孔，再通過摻雜使每個(gè)小孔都變成P-Si。這樣，許多個(gè)小的P-Si被SiO2隔離，故稱為P型島。每個(gè)P型島與N型襯底之間即形成一個(gè)PN結(jié)（光電二極管）。最后再在SiO2和P型島表面上蒸涂上一層電阻率適當(dāng)?shù)牟牧?，即成為硅靶。硅靶的光電變換

硅靶的光電變換過程是，信號(hào)板通過引線、負(fù)載電阻與靶電源的正極相連。電子槍的熱陰極接地，掃描電子束即具有地的電位。當(dāng)電子束掃描到每個(gè)P型島時(shí)，P型島的PN結(jié)即被反偏置，結(jié)電容被充電到靶電源電壓。無光照時(shí)，由于PN結(jié)有反向漏電流（暗電流），在負(fù)載電阻上要產(chǎn)生少量的電壓降，靶的兩邊——成象面（信號(hào)板一邊的靶面）和掃描面（朝著電子槍一邊的靶面）之間的電壓，略低于靶電源電壓。有光照時(shí)，光進(jìn)入到每個(gè)PN結(jié)區(qū)將產(chǎn)生電子空穴對(duì)，它們被結(jié)的內(nèi)電場分離以后，光生的電子通過信號(hào)板等外電路入地，光生的空穴則被積累于P型島上。如果光照是均勻的，靶的掃描面電位只是均勻地升高。如果光照不均勻，是一幅光學(xué)圖象，則掃描面上各P型島的電勢(shì)分布，將正比于入射光學(xué)圖象的亮度分布，亮度高的點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的P型島的電勢(shì)也高。硅靶攝象管產(chǎn)生視頻信號(hào)的過程：掃描電子束按一定的制式去掃描靶面。例如先從左上角開始，從左向右掃，然后再一行挨著一行地從上向下掃，當(dāng)掃到最右下角時(shí)，再返回到左上角，接著掃下一幀。這相當(dāng)于用一條軟導(dǎo)線，按著一定的次序去接通每個(gè)P型島。當(dāng)電子束與每個(gè)P型島接觸時(shí)，上靶電子數(shù)的多少，正比于各P型島電勢(shì)的高低。因此，在輸出回路（靶-負(fù)載電阻-電源-熱陰極-靶）中即產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的電子流，在負(fù)載電阻上即得到與之對(duì)應(yīng)的視頻電壓信號(hào)。與此同時(shí)，被掃到的P型島，即被拉回到地的電位，為下一幀光積分作準(zhǔn)備。當(dāng)下一幀再掃到它時(shí)，它就可以把一個(gè)幀周期時(shí)間內(nèi)積累起的信息電荷，瞬時(shí)地放出來，就這樣反復(fù)下去，即可得到與光學(xué)圖象亮度分布相對(duì)應(yīng)的時(shí)序視頻信號(hào)。硅靶的特點(diǎn)

1）抗燒傷性

耐強(qiáng)光、耐高溫是硅靶的突出特點(diǎn)，曾作過這樣的實(shí)驗(yàn)，用f:1.5鏡頭使硅靶直接承受正午的陽光直射而未見損壞；硅靶還能夠經(jīng)得起400℃高溫的烘烤。硅靶管的壽命主要決定于電子槍，一般都可以工作1500小時(shí)以上。

2）光譜特性及靈敏度

光譜特性主要決定于材料，硅靶的光譜響應(yīng)范圍為0.4～1.1μm，峰值波長在0.65～0.85μm。對(duì)于色溫2856K的標(biāo)準(zhǔn)光源，積分靈敏度為4350μA/lm，若濾去紅外光，則為1100μA/lm。（２）氧化鉛靶攝象管PbO靶攝象管的結(jié)構(gòu)和工作過程都與硅靶管類似，所不同的是，它的靶是由PbO材料制成的。窗口玻璃內(nèi)壁是一層金屬膜作為信號(hào)板，接著就是PbO靶，靶的成象面一邊為N-PbO，掃描面一邊為P-PbO，兩者之間夾著一層（相對(duì)）很厚的本征氧化鉛I-PbO，因而具有PIN結(jié)構(gòu)。工作時(shí)，信號(hào)板通過負(fù)載和靶電源的正極相接，電子槍的陰極接地，當(dāng)掃描電子束掃描靶面時(shí)，相當(dāng)于對(duì)PIN進(jìn)行反偏置。靶電源電壓約45V左右。PbO靶也有光信息的存儲(chǔ)功能，它的軸向電阻較小，橫向電阻很大，掃描面上的電勢(shì)起伏可保持較長時(shí)間不變。PbO管的特點(diǎn)：

PbO管是目前廣播電視和彩色電視中用得較多的一種攝象管。

1）靈敏度

靈敏度較高，可達(dá)400μA/lm。因本征層電阻率高，能承受強(qiáng)電場，所加的反向電壓幾乎全降落在本征層上。光生載流子在強(qiáng)電場中漂移速度很大，渡越時(shí)間極短，因此復(fù)合率小，故光生載流子幾乎全都能構(gòu)成信號(hào)電流。

2）暗電流

暗電流小，低于1nA。PI結(jié)與IN結(jié)的勢(shì)壘在反偏壓下阻擋了多數(shù)載流子的注入，暗電流僅限于I層的熱生載流子，并且I層的電阻又很大，故暗電流極小，而且靶壓增高時(shí)，暗電流有飽和現(xiàn)象。

（3）碲化鋅鎘ZnCdTe靶攝象管碲化鋅鎘靶攝象管（又稱Newvicon管）的靈敏度很高，可在星光下獲得可用的圖象，多用于微光電視。整管的結(jié)構(gòu)和工作過程也與硅靶管類似，只是靶材料不同。

Newvicon管采用Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)蒸發(fā)靶?；瘜W(xué)成分為碲化鋅鎘ZnxCd1-xTe。窗口玻璃內(nèi)壁涂有一層SnO2薄膜為信號(hào)板，接著就是靶。靶有三層結(jié)構(gòu)，第一層為ZnSe，屬于N型半導(dǎo)體，厚50～100nm。第二層為碲化鋅和碲化鎘的溶體（ZnxCd1-xTe），屬于P型半導(dǎo)體，厚3～5μm第三層是無定形三硫化二銻Sb2O3，厚100nm。第一層與第二層之間形成異質(zhì)結(jié)。第二層與第三層之間不形成結(jié)。第一層ZnSe無光電效應(yīng)，它的作用是增強(qiáng)對(duì)短波光的吸收，提高整個(gè)可見光區(qū)的靈敏度，另外它還可以阻止光生空穴向成象面一邊擴(kuò)散，有提高靈敏度，減小暗電流的作用。光電效應(yīng)主要發(fā)生在第二層，x值的大小對(duì)靈敏度、暗電流和光譜特性都有較大的影響，x值小，靈敏度高，體內(nèi)暗電流增大，光譜特性的峰值波長向長波方面移動(dòng)。第三層的作用是減小掃描電子束的電子注入效應(yīng)（圖象上的浮雕現(xiàn)象），減小暗電流和惰性。特點(diǎn)Newvicon管的特點(diǎn)是，在可見光范圍內(nèi)靈敏度比硅靶管高，約為硅靶管的1.5～2倍，暈光現(xiàn)象比硅靶管少，工藝簡單，成本低，但在紅外靈敏度，抗燒傷性和惰性等方面都不如硅靶管好。靶電壓為10～25V。Newvicon管適于在低照度下監(jiān)視，X射線電視攝象及顯微電視攝象等方面應(yīng)用。（4）．各種視象管的特性比較為比較常用的幾種視象管的特性，摘錄了下列的數(shù)據(jù)和曲線幾種視象管的典型參數(shù)各種視象管的光譜特性各種視象管的光電變換特性和動(dòng)態(tài)范圍光電發(fā)射型攝象管具有幾個(gè)共同特性：①采用光電陰極把光學(xué)圖象轉(zhuǎn)換為電子圖象；②存在移象區(qū)，把光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)存儲(chǔ)兩個(gè)部件分開；③具有電子圖象倍增機(jī)制，響應(yīng)率較高，適宜作微光攝象。這類器件又稱移象型攝象管，或微光攝象管，（五）光電發(fā)射型攝像管１．二次電子導(dǎo)電攝象管（SEC）二次電子傳導(dǎo)（SecondaryElectronConduction）SEC管是60年代初出現(xiàn)的一種高靈敏度攝象管，適于微光攝象。(1)工作原理SEC管的工作原理是：光學(xué)圖象投射到光電陰極上，產(chǎn)生相應(yīng)的光電子發(fā)射，在加速電場和聚焦線圈所產(chǎn)生的磁場共同作用下，使它打到SEC靶上，產(chǎn)生二次電子發(fā)射。于是在靶的掃描面即形成與之對(duì)應(yīng)的電勢(shì)起伏，從而使光電陰極上的光學(xué)圖象轉(zhuǎn)移到SEC靶，變?yōu)榘袙呙杳嫔系碾妱?shì)分布圖象。靶的二次電子發(fā)射系數(shù)越大，移象后靶上的電勢(shì)起伏也就越大。以后，視頻信號(hào)的輸出過程，就與光電導(dǎo)式攝象管完全相同了。（2）SEC靶結(jié)構(gòu)SEC靶有三層結(jié)構(gòu)。第一層是Al2O3膜，起機(jī)械支撐作用，厚50～70nm；第二c層是鋁膜，厚50nm，起信號(hào)板作用，通過負(fù)載電阻和靶電源的正極相接；第三層是疏松的KCl，其密度只有固體KCl的1%～2%，厚15～20μm。它是KCl在氬氣中蒸發(fā)形成的纖維狀薄層，在慢電子束掃描下，靶的掃描面穩(wěn)定在零電位，因此靶的兩面承受著一定的靶電壓。當(dāng)光電陰極發(fā)出來的光電子被加速后打到靶上時(shí)，靶將產(chǎn)生二次電子發(fā)射。這些二次電子除了極小一部分與正離子復(fù)合外，絕大部分在靶電場的作用下流向信號(hào)板，而在靶的掃描面留下一個(gè)正電勢(shì)圖象。讀出時(shí)，掃描電子束補(bǔ)充靶上失去的電子，同時(shí)把被掃點(diǎn)電勢(shì)拉回到零。這樣，在輸出回路中即產(chǎn)生視頻電流。（2）SEC靶結(jié)構(gòu)由此可見，這種靶的導(dǎo)電，不是利用材料導(dǎo)帶中的電子或價(jià)帶中的空穴，而是依靠二次電子導(dǎo)電的，故稱它為二次電子導(dǎo)電攝象管。實(shí)驗(yàn)證明，靶的電子增益與一次電子的加速電壓有關(guān)。加速電壓為8kV時(shí)，電子增益最大。如果大于8kV，一部分一次電子就要穿透靶層，對(duì)產(chǎn)生二次電子發(fā)射無貢獻(xiàn)，從而使電子增益降低。若小于8kV，一部分一次電子又可能因沒有足夠的能量穿過Al2O3層和Al層而達(dá)不到靶層，或因能量損失較多，靶的電子增益也要降低。如果加速電壓為8kV時(shí)，約有2keV的能量消耗于穿透Al2O3和Al層，約有2keV的能量消耗于穿透SEC靶而未發(fā)揮作用，實(shí)際被靶吸收起發(fā)射二次電子作用的能量只約為4keV左右。對(duì)KCl靶來說，每產(chǎn)生一個(gè)二次電子約要消耗30eV的能量，因此靶的二次電子增益約為120左右。２．硅增強(qiáng)靶攝象管（SIT）SIT管的結(jié)構(gòu)和SEC管類似，只是靶不同。SIT管中的靶和硅靶攝象管中的靶基本相同。（六）攝象管的新發(fā)展高質(zhì)量攝像管二、像管頭盔鏡頭盔鏡分類涂在光陰極面上的光電發(fā)射材料決定了管子是變像管還是像增強(qiáng)管，若所涂材料對(duì)紅外或紫外光線敏感，則它就是變像管。若它只對(duì)微弱的可見光敏感，則它就是像增強(qiáng)管。它們都是通過兩次變換得到可見圖像的，都是非掃描的光電成像器件。是指能夠把不可見光圖象變?yōu)榭梢姽鈭D象的真空光電管。是指能夠把亮度很低的光學(xué)圖象變?yōu)橛凶銐蛄炼葓D象的真空光電管。象管內(nèi)部沒有掃描機(jī)構(gòu)，不能輸出電視信號(hào)，對(duì)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(duì)著景物。象管變象管圖象增強(qiáng)管兩者的區(qū)別象管和攝象管的主要區(qū)別1.像管的組成及工作原理一是光電變換部分，即光電陰極，它可以使不可見光圖象或亮度很低的光學(xué)圖象，變成光電子發(fā)射圖象。象管有三個(gè)基本部分。三是電光變換部分，即熒光屏，它可以使打到它上面的電子圖象變成可見光。二是電子光學(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)射出來的光電子圖象，在保持相對(duì)分布不變的情況下進(jìn)行加速。（1）光電陰極象管中常用的光電陰極有：對(duì)紅外光敏感的銀氧銫光電陰極；對(duì)可見光敏感的單堿和多堿光電陰極；對(duì)紫外光敏感的各種紫外光電陰極；還有靈敏度特高，波長響應(yīng)范圍較寬的負(fù)電子親和勢(shì)(NEA)光電陰極。（2）電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)的任務(wù)是加速光電子并使其成象在熒光屏上，它有兩種形式．即靜電系統(tǒng)和電磁復(fù)合系統(tǒng)．前者只靠靜電場的加速和聚焦作用來完成，后者靠靜電場的加速和磁場的聚焦作用來完成，靜電系統(tǒng)按是否聚焦又可分為非聚焦型和聚焦型兩種．

幾個(gè)圓筒形的電極可形成對(duì)光電子聚焦和加速的電場，使電子流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時(shí)，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。這樣，同時(shí)也減小了整個(gè)裝置的重量和體積，但電聚焦的球面象差較大，畫面的中心部分和邊緣部分放大率不等，圖象有失真。因此，上圖中的光電陰極多作成曲面狀，以補(bǔ)償電聚焦引起的象差。但曲率大時(shí)，焦距又要變小，使邊緣部分的分辨率降低。因此，近年來多采用光纖面板，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。靜電聚焦型象管靜電聚焦型象管的基本結(jié)構(gòu)電磁聚焦型圓筒形電極用來形成電透鏡和加速，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(huì)使它呈螺旋狀前進(jìn)。電子每旋一圈所需的時(shí)間與初速度無關(guān)，所以光電面上任一點(diǎn)發(fā)射出來的電子，不管起初是沿什么方向發(fā)射，最終都可以被會(huì)聚于一點(diǎn)。電磁聚焦型象管的基本結(jié)構(gòu)（3）熒光屏熒光屏的作用是將電子動(dòng)能轉(zhuǎn)換成光能．對(duì)熒光屏的要求是不僅應(yīng)具有高的轉(zhuǎn)換效率，而且屏的發(fā)射光譜要同人眼或與之耦合的下級(jí)光電陰極的響應(yīng)一致．常用熒光屏發(fā)光材料的光譜發(fā)射特性如圖所示。2.性能參數(shù)（1）光電陰極靈敏度（2）亮度轉(zhuǎn)換增益（3）等效背景照度（4）分辨率（1）光電陰極靈敏度光電陰極性能的好壞直接對(duì)管子的工作特性有很大的影響。量子效率管子的靈敏度量子效率對(duì)波長的依賴關(guān)系光譜響應(yīng)暗電流和量子效率像的對(duì)比度和最大信噪比照度最低情況下的分辨率（2）亮度轉(zhuǎn)換增益光電陰極光電流熒光屏光出射度象亮度增益可按下式計(jì)算： 光通量增益

KΦ=Φo/Φi光亮度增益

KL=Mo/Ei=KΦ(Ai/Ao)光電子增益

Kp=nop/nipΦo、Φi：輸出、輸入光通量Mo、Ei：輸出面的出射度、輸入面的照度Ai、Ao：輸入、輸出面的面積nop、nip：輸出、輸入的光子數(shù)這里所有的參量都是對(duì)可見光而言的，光源為色溫2856K的白熾鎢絲燈。對(duì)象管的亮度增益，可作如下的估計(jì)。對(duì)于S-20的光電陰極，量子效率約為10%，入射于熒光面的電子能量，由于技術(shù)原因最大只能加大到20keV，平均1個(gè)高能電子可產(chǎn)生500～1000個(gè)光子，因此整管的亮度增益為50～100。如果象管后面是一個(gè)照相光學(xué)系統(tǒng)，并考慮到透鏡對(duì)光的吸收，這樣小的亮度增益是不能使感光膠片產(chǎn)生清晰的圖象的。因此管內(nèi)必須有使亮度進(jìn)一步增益的措施。（3）等效背景照度把象管置于完全黑暗的環(huán)境中，當(dāng)加上工作電壓后，熒光屏上仍然會(huì)發(fā)出一定亮度的光，這種無光照射時(shí)熒光屏的發(fā)光稱為象管的暗背景，由于暗背景的存在，使圖象的對(duì)比度下降，甚至使微弱光圖象淹沒在背景中而不能辨別。等效背景照度是指當(dāng)象管受微弱光照時(shí)，在熒光屏上產(chǎn)生同暗背景相等的亮度時(shí)，光電陰極面上所需的輸入照度值。（4）分辨率指當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板通過象管后，在熒光屏的每毫米長度上用目測(cè)法能分辨得開的黑白相間等寬距條紋的對(duì)數(shù)(即“空間頻率”數(shù))，單位是每毫米線對(duì)數(shù)(lp/mm)。

用目測(cè)法測(cè)量象管分辨率，因存在主觀因素，差異較大，目前用光學(xué)傳遞函數(shù)來評(píng)定成象器件的象質(zhì)，其測(cè)試方法與一般光學(xué)成象系統(tǒng)測(cè)量傳遞函數(shù)的方法相同(OTF/MTF)。3.變像管紅外變象管的光電陰極多為Sl、Ag-O-Cs陰極，它可以使波長小于1.15μm的紅外光變成光電子。對(duì)于波長大于1.15μm的紅外光，采用負(fù)電子親和勢(shì)陰極，有的變象管也采用光電導(dǎo)技術(shù)，使紅外光成象到光電導(dǎo)靶面上，在靶的另一邊形成電勢(shì)分布圖象，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。裝有光電導(dǎo)靶的反射式變象管

紅外變象管多應(yīng)用于軍事、公安等方面，供夜間偵察用。在民用方面，可用于暗室管理、物理實(shí)驗(yàn)、激光器?；春鸵归g觀察生物活動(dòng)等。另外，溫度高于400℃的物體都會(huì)發(fā)出大量的紅外線，可通過紅外變象管觀察到它的象。如果與標(biāo)準(zhǔn)光源的亮度比較，即可求出它的強(qiáng)度。這就是夜視溫度計(jì)的原理。4.像增強(qiáng)器單級(jí)像增強(qiáng)管的光放大系數(shù)和光量子增益較小，直視工作距離較短。為了提高靈敏度，增長工作距離，通常可采用串聯(lián)或級(jí)聯(lián)的方式.(1)級(jí)聯(lián)式圖象增強(qiáng)管

為了增強(qiáng)圖象的亮度，現(xiàn)在采取的方法之一是，使幾個(gè)獨(dú)立的象管串聯(lián)起來，使亮度逐級(jí)增益。這種3管式的圖象增強(qiáng)管，亮度增益可達(dá)105。原理示意圖級(jí)聯(lián)式圖象增強(qiáng)管2．微通道板（microchannelplates

MCP）式圖象增強(qiáng)管微通道板微通板像增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)該管的核心部分是微通道板，它是由若干個(gè)極細(xì)的空心管道組成，管徑約十幾微米。微管道是由高阻材料制成的，微管道的內(nèi)壁為二次電子發(fā)射系數(shù)δ＞1的材料。微通道板的厚度約數(shù)毫米，在它的兩端加上高的直流電壓（約數(shù)千伏）后，在每個(gè)微管道內(nèi)即形成極強(qiáng)的電場。這時(shí)，當(dāng)光電面發(fā)射的電子進(jìn)入微管道后，在強(qiáng)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。特點(diǎn)微通道