讲义6.1-2.光电成像器件.象管.docx

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一、 象管概述
(1)象管，作为一种传统的光电成像器件，自20世纪30年代问世以来，在电视、工业检测、医疗成像等领域发挥了重要作用。随着科技的发展，象管逐渐被更为先进的成像技术所替代，但其作为光电成像领域的重要里程碑，其技术原理和设计理念至今仍对现代成像技术有着深远的影响。据相关数据显示，上世纪60年代，象管在电视市场的占有率高达90%以上。
(2)象管的结构主要由电子枪、荧光屏、偏转线圈和玻璃外壳等部分组成。电子枪负责发射电子束，荧光屏则负责将电子束转换成可见光图像。在电视领域，象管的工作原理是通过电子束扫描荧光屏上的像素点，将输入的图像信号转换成可视的光图像。以早期的黑白电视为例，象管的分辨率大约为320×240像素，虽然与现代高清电视相比显得较低，但在当时已经可以满足家庭使用的需求。
(3)随着彩色电视的普及，象管技术也得到了进一步的发展。彩色象管采用了三枪三屏结构，分别对应红、绿、蓝三种颜色，通过电子束分别照射到三块荧光屏上，从而实现彩色图像的显示。彩色象管的分辨率有所提高，可以达到480×576像素。在医疗成像领域，象管也因其高对比度和低辐射等特点而被广泛应用于X光成像设备中。以X射线荧光成像为例，象管在医学诊断中的应用已经超过50年，其技术成熟度和可靠性得到了广泛认可。
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二、 象管的结构与工作原理
(1)象管的结构设计精巧，其核心部分为电子枪和荧光屏。电子枪位于象管的一端，负责发射高速电子束，其主要由阴极、栅极和加速极组成。阴极采用氧化铅或氧化物材料，通过加热阴极可以发射出电子。栅极和加速极则分别用于控制电子束的强度和加速电子束。电子枪的发射功率和聚焦性能直接影响着象管成像的质量。
(2)荧光屏位于象管的另一端，其主要功能是将电子束转换为可见光图像。荧光屏通常由多层材料构成，包括荧光物质层、透明导电层和玻璃基板。荧光物质层是荧光屏的关键部分，它能够将电子束的能量转化为光能，从而产生可见光。常见的荧光物质有锌硫化物、硫化锌等，这些物质在吸收电子束后能够发出不同颜色的光。透明导电层则用于引导电子束，并确保荧光屏具有良好的导电性能。玻璃基板则起到支撑和保护作用。
(3)象管的工作原理是利用电子束扫描荧光屏上的像素点，将输入的图像信号转换成可视的光图像。当电子枪发射出的电子束通过偏转线圈产生的磁场时，电子束的方向会发生改变，从而实现对荧光屏上像素点的扫描。在扫描过程中，电子束依次击中荧光屏上的像素点，使荧光物质发光，产生对应的图像。为了实现全屏扫描，偏转线圈会根据输入信号的变化调整磁场强度，从而改变电子束的扫描轨迹。此外，为了提高象管的分辨率和成像质量，还会采用逐行扫描或逐点扫描等技术。在实际应用中，象管成像系统通常需要配合信号处理电路，以实现对图像的放大、对比度调整等功能。
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三、 象管的主要性能参数
(1)象管的主要性能参数包括分辨率、亮度和对比度等。以黑白电视象管为例，其分辨率通常以电视线（TVLines）来衡量，早期黑白象管的分辨率大约为320-400TVLines。例如，某型号黑白电视象管的分辨率为360TVLines，这意味着它能清晰地显示360条垂直方向的线，从而保证图像的清晰度。在工业检测领域，象管通常需要更高的分辨率，如600TVLines或更高，以满足高精度检测的需求。
(2)象管的亮度是衡量其成像质量的重要参数之一。亮度通常以烛光/平方厘米（cd/cm²）或尼特（nit）为单位。例如，某型号彩色电视象管的亮度为200cd/cm²，这意味着在正常观看距离下，观众可以看到清晰的图像。在医疗成像领域，象管的亮度要求更高，如X射线荧光成像象管的亮度可达1000cd/cm²以上，以确保在低光照条件下也能获得清晰的图像。以某型号X射线荧光成像象管为例，其亮度达到1200cd/cm²，有效提高了图像的清晰度和对比度。
(3)对比度是象管成像质量的关键指标之一，它反映了图像中亮部和暗部之间的差异。对比度通常以比率或百分比表示。例如，某型号彩色电视象管的对比度可达800:1，这意味着在相同亮度的条件下，亮部与暗部之间的差异可以达到800倍。在医疗成像领域，象管的对比度要求更高，如X射线荧光成像象管的对比度可达1000:1以上。以某型号X射线荧光成像象管为例，其对比度达到1200:1，有助于医生在诊断过程中更清晰地观察病灶。此外，象管的聚焦性能、响应速度等参数也是影响成像质量的重要因素。例如，，，这些参数均符合行业标准和用户需求。
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四、 象管的应用与发展趋势
(1)象管在电视、工业检测、医疗成像等领域有着广泛的应用。在电视领域，象管曾是电视显示技术的核心，尤其是黑白电视和早期彩色电视。随着数字技术的发展，液晶电视（LCD）和有机发光二极管电视（OLED）逐渐取代了象管电视。然而，在某些特定应用中，如模拟信号处理和特殊显示需求，象管电视依然保持着其独特的地位。
(2)在工业检测领域，象管由于其高分辨率和良好的成像质量，被广泛应用于工业X射线成像、工业CT扫描等设备中。例如，某型号工业X射线成像设备采用象管技术，其分辨率为600TVLines，能够清晰地显示被检测物体的内部结构。此外，象管在医疗成像领域也发挥着重要作用，尤其是在X射线荧光成像设备中，象管能够提供高对比度的图像，帮助医生进行精确的诊断。
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(3)随着新型成像技术的不断涌现，象管的发展趋势也呈现出多样化。一方面，象管技术在传统领域的应用逐渐被数字成像技术所替代，如数码相机和医疗成像设备中的CCD和CMOS传感器。另一方面，针对特定应用场景，如高分辨率成像、特殊材料检测等，象管技术仍在持续发展。例如，新型荧光物质的应用提高了象管的发光效率和图像质量，而新型电子枪技术则提升了电子束的发射速度和聚焦性能。此外，象管与数字技术的结合，如数字荧光成像技术（DFI），也为象管在未来的应用提供了新的可能性。