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光电器件的分类•一、按工作波段分紫外光探测器•可见光探测器•红外光探测器•二、按应用分•换能器将光信息（光能）转换成电信息（电能）•非成像型光信息转换成电信息•探测器变像管•成像型像增强器•摄像管真空摄像管•固体成像器件CCD光电成像器件是指能够输出图像信息的一类器件，例如使不可见光图像变为可见光图像的器件，使光学图像变为电视信号的器件等。一、概述这类器件的应用领域很广，例如，夜视技术、电视技术、工件的图像测量、精密零件的微小尺寸测量、产品外观检测、应力应变场分析、机器人视觉、交通管理与指挥、定位、跟踪等。二、分类§5.1像管像管是变像管和图像增强管的统称。变像管是指能够把不可见光图象变为可见光图象的真空光电管。图像增强管是指能够把亮度很低的光学图象变为有足够亮度图象的真空光电管。§5.1.1像管的工作原理与结构变换光谱：将红外、紫外的辐射图像变成可见图像增强亮度：使图像亮度接近人眼的视觉响应峰值光学成像：将电子图像在荧光屏上变成光学图像一、工作原理（三大功能）：工作原理：光电变换部分:即光电阴极，光电子发射图像；电子光学部分:即电子透镜，它可以使光电阴极发射出来的光电子图像进行加速；电光变换部分:即荧光屏，它可以使电子图像变成可见光图像。二、结构:光电光1、非聚焦型像管（近贴型）光电子在电场的作用下以抛物线轨迹向荧光屏投射。由于均匀电场只有加速投射作用，没有聚焦成像作用，所以从光电阴极一点发出的不同初速的电子，不能在荧光屏上形成点像，而是一个弥散圆斑。三、几种像管结构：2、静电聚焦型像管几个圆筒形的电极可形成对光电子聚焦和加速的电场，使电子滤在荧光屏上呈倒立的象。当各电极电压之比保持不变时，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。静电聚焦型象管结构示意图3、电磁聚焦型像管特点：若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，不管起初是沿什么方向发射，最终都可以被会聚于一点。电磁聚焦型象管结构示意图四、关于像管的几个问题：♠增益：描述像管对辐射能量的变换与增强能力。♠亮度增益：像管在标准光源照射下，荧光屏上的光出射度M与入射到阴极面的照度Ev只比。五、像管的特点：§5.1.2变像管工作于非可见辐射：近红外、紫外、X射线、γ射线§5.1.2变像管1、红外变像管红外辐射图像被光学物镜成像后位于光电阴极的前方，该辐射图像相当于对光电阴极有一辐射通量，光电阴极将其变成与其亮度成正比的电子图像，经静电聚焦后轰击荧光屏，再转成光学图像。阳极光电阴极聚焦极荧光屏红外变像管的应用2、紫外变像管紫外变像管的窗口材料为石英玻璃，光电发射材料为Sb-Cs阴极。它可以使波长大于200nm的紫外光变成光电子。紫外变像管与光学显微镜结合起来，可用于医学和生物学等方面的研究。原理：紫外辐射图像被光学物镜成像后位于光电阴极的前方，对光电阴极有一辐射通量，光电阴极将其变成与其亮度成正比的电子图像，经静电聚焦后轰击荧光屏，再转成光学图像。3、光纤面板变像管将光电阴极及荧光屏连同光纤面板一起制成球面型，使聚焦面与荧光屏重合，从而改善了像质。荧光屏上的像借助于平凹形的光纤平板展开成平面像。光电阴极电极电子轨迹荧光屏入射光纤面板出射光纤面板输入图像输出图像光纤面板具有集光效能高、传像清晰的优点，端面还可加工成球面以消像差。§5.1.2像增强器像增强器利用了像管功能中增强亮度、光学成像两个功能。像增强器是一种能把微弱的光学图像增强、转换成适合人眼观察的光学图像的真空成像器件。像增强器通过将环境光照度增大几千倍而产生一个可见的图像。该设备有由一小片玻璃制成的光电阴极，光线通过光电阴极时，光电阴极发射出电子，电子在一个真空管中加速，并打到荧光屏上，将电能转变成光能量。荧光屏通常以绿色显示出物体的图像。像增强器原理像增强技术已发展了3代。在低照度条件下像增强管工作的有效性及其寿命一代比一代好。像增强技术一、第一代微光像增强器——级联式像增强器光电阴极聚焦极阳极荧光屏光纤面板光纤面板增益高（几万倍）、成像清晰；但体积大、重量大、防强光能力差。光电阴极光纤面板荧光屏♠许多越南老兵所熟悉的“星光观测仪”便是第1代产品。这种装置利用一个包含单级或3级像输入管的像增强管，通过加速电子而使昏暗的图像增强。♠第1代装置开发于20世纪60年代初期，目前虽有许多这样的设备从东方集团进口并卖给用户，但美国已将之淘汰。尽管它有较高的分辨率，但在遇到强光时，易出现光晕或图像拖尾现象。像增强管寿命短，且易失真，没有后代产品的聚光能力。♠第2代和第3代装置在像增强管里集成了一个微通道板;♠微通道板是一个含有许多小孔（通道）且表面涂有金属膜的小玻璃盘，它具有二次发射特性，当被一个电子击中时，会发射出额外的电子。微通道板通常有200~600万个小孔，小孔的数目在很大程度上决定了它的分辨率。♠微通道板的引入，使像增强仪有了革命性的变化。微通道板增强器提供了较强的光放大能力，使图像更清晰，且消除了第1代产品的失真现象。二、第二代微光像增强器——微通道板像增强器微通道板MCP(MicroChannelPlate)是一种先进的具有传输、增强电子图像功能的电子倍增器，是利用电子在通道内的二次倍增来实现增强亮度的。U入射电子倍增电子单根倍增通道工作电压二次电子通道芯径间距：12μm；长径比：40~60；两端镀镍构成输入输出电极；MCP具有体积小、重量轻、分辨力好、增益高、噪声低、使用电压低等优点。广泛用于光电倍增管、像增强器、微光电视、X光像增强器、高速示波管，以及光子计数、X-射线、紫外光子、电子、离子、带电粒子、亚原子粒子等的探测。微通道板（MCP）北方夜视MCP系列参数实际应用中，光电阴极将被观察的弱光信号或二维图像变为电信号或电子图像信号发射出来，再经电子透镜或均匀场将其传输至微通道板的输入端面。二维图像光电阴极微通道板（MCP）荧光屏光电子发射二次电子发射在这里，电子图像被板面上的几百万个微通道口分割成几百万个“像素”，而各个通道间彼此独立地进行传输放大，因而各图像的空间分布没有改变，于是在微通道板的输出端得到被增强了的电子图像。这个电子图像再被均匀加速电场加速后，射到荧光屏上，于是在屏上则显示出清晰明亮的光学图像。微通道板像增强器工作过程光电阴极MCP荧光屏（1）近贴聚焦MCP像增强器近贴式MCP像增强器又称为平面型或薄片型像增强器。它是把MCP平行放置在光电阴极和荧光屏之间，三者相互靠得很近，故称双近贴式。性能典型值：亮度增益：5×103cd·m-2lx-1；分辨率：30lp·mm-1；微通道板像增强器两种聚焦形式(2)倒像式锐聚焦MCP像增强器结构：在单级第一代像增强器中，加上一块微通道板MCP，MCP与光电阴极之间是静电透镜，与荧光屏之间是近贴均匀场。这种结构的优缺点：分辨率高，像质好；但噪声较大。静电聚焦式MCP像增器♠第3代技术是目前像增强夜视技术的最高水平，在任何野战条件下均能提供清晰的图像。♠特点:它有一个最高灵敏度的负电子亲和势砷化镓光电阴极，有延长管子使用寿命的离子隔离膜（为了防止离子反馈损坏精致的光电阴极）。砷化镓光电阴极的敏感度扩展到近红外区域，该区域的夜光照射和对比度都是最大的。三、第三代微光像增强器——Ⅲ-V族负电子亲和势光电阴极像增强器微光夜视仪优点：体积小，重量轻，整管长度和重量约为一代级联管的二分之一；亮度便于调节；减少了荧光屏的光反馈；整管电压较低。缺点：噪声大，主要是附加噪声；图像不够均匀；工艺难度大，主要是制作以及后续工序对MCP有影响。微通道板像增强器的优缺点1.多狭缝条纹变像管应用举例性能参数：光谱响应范围：200nm-900nm254nm的量子效率：≥20%增益(在254nm）：≥103将人眼不可见的紫外光线转换增强为人眼或图像探测器的光线，主要用于痕迹鉴定、导弹预警、火警探测器、电力线高压可见漏电和科学研究等。滤光片:254nm、365nm、415nm、445nm、532nm、540nm、800nm、850nm2.紫外像增强器德国蔡司、奥地利施华洛世奇、加拿大纽康、美国博士能、俄罗斯猫头鹰、国产熊猫夜视仪等。主动式红外夜视仪微光夜视仪热像仪3.夜视仪yeshiyigologin/page/proyeshiyigologin/page/pro(1)WGS15-1型手持微光夜视仪以微光像增强器为核心携带方便的一代手持微光夜视仪，该夜视仪配有IR助视灯，视场大、体积小、重量轻、使用方便。用途：用于夜间和低照度下进行观察。在公安侦破、边防守卫、海关及科学研究等方面均可广泛运用。性能参数：物镜孔径：48毫米放大倍率：1.8倍物方视场：17°调焦范围：5米～无穷远视度范围：±5屈光度出瞳直径：7毫米分辨力：≤2.8毫弧度工作电压：3伏直流（标准5号电池）像增强器：一代像增强器尺寸：192(L)×66(W)×88(H)质量：0.7公斤(2)WGT46-1型超二代头盔微光观察镜主要特点：该观察镜采用超二代象增强器，灵敏度高、观察效果好。该观察镜配有与头盔相联的支架，可以方便、快捷的安装、拆卸，也可当作袖珍手持微光观察镜使用。该观察镜体积小、重量轻，整机性能优良。用途：适合单人夜间行动、观察使用，也可用于夜间巡逻或近距离操作器械、维护保养。性能参数：放大率：1×视场：38°物镜调焦范围：250mm～∞出瞳直径：7mm分辨力：1.59LP/mrad工作电压：3VDC（采用日本松下CR2锂电池）像增强器：高性能超二代像增强器（1XZ18/18WS-1）光电成像原理图像是空间变化的光强信息，则图像探测器必须能感受到空间不同位置的光强变化，即成像。成像扫描成像电子束扫描成像（光导摄像管）光机扫描成像（热像仪）固体自扫描成像（CCD摄像机）非扫描成像照相机、电影摄影机、变像管光电成像原理图像探测器的功能是把光学图像信号转换为电信号。即把入射到探测器光敏面上按空间分布的光强信号转换为按时序串行输出的电信号——视频信号。把空间图像信号转换为按时序变化的电信号的过程称为扫描。§5.2摄像管♣摄像管：摄制图像、存贮和处理，即将光学图像转变成适于处理和传递的时间序列的一维电信号。♥摄像管不是产生输出图像，而是把输入图像转换为便于传输的电信号，这一电信号即是视频信号。显像管等设备可将处理后的视频信号转换为输出的光学图像。具体分为以下四个过程：1.光学图像各个像素转变成电荷（电位）图像；2.对电荷图像进行存贮和积累构成电荷图；3.对电信号进行放大和增强；4.对存贮电荷图像的各个像素进行有序扫描，输出与输入信息成比例的一维电信号。一、摄像管的分类（按光电变换的形式）把有移象区的摄象管称为光电发射式摄象管，它的光电变换部分和光信息存储部分彼此分离，总称为移象区。1.内光电变换型（光电导型）2.外光电变换型（光电发射型）移像区(加速电场)：增强光电子能量，获得增益，提高灵敏度。把没有移象区的摄象管称为光电导式摄象管或视象管，它的两部分功能全由一个靶来完成。电子枪部分二者基本相同。二、摄像管的组成（一）光电变换与电荷存贮（积累）部分光电导体：利用光电导效应光电发射体：利用光照下发射电子(1)光电变换部分：将光学图像转化成电荷图像(2)电荷存贮（积累）部分：为了对微弱的瞬时信号积累，采用积累元件对整个帧周期产生的信号不断积累。要求：帧周期内的信号不漏走，足够的绝缘能力和很高的电阻。光电变换部分与存储部分、信号阅读部分光电导体信号板V10V0光电导体：利用光电导效应光电发射体：利用光照下发射电子成像面扫描面扫描区移像区靶光电靶面光电导薄膜，景物图像成像于此。连续薄膜并非分割成单个像素，而由电子束逐点连续扫描获得。像素的面积取决于电子束的截面面积。光电图像照射靶面时，激发出与光照度成比例的光生载流子改变了靶面各点电导率，材料电导率增大即电阻值减小。靶面上光强分布图转换为电位分布图，实现了光电转换和电荷积