CN102931043A - 一种用于评价离子壁垒膜对图像噪声影响的模拟方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于评价离子壁垒膜对图像噪声影响的模拟方法，属于光电成像技术领域，特别是涉及到一种微通道板离子壁垒膜对图像噪声影响的评测方法。具体为一种评价微通道板的离子壁垒膜对图像噪声影响的模拟方法。本发明基于超低能电子与固体相互作用机制，引入膜层厚度、膜层密度、膜层组分、电子入射能量等初始参量，利用蒙特卡洛模拟方法，计算了电子与离子壁垒膜空间坐标变化及能量损失规律。提出“时域微元等分法”，定量描述不同条件下的离子壁垒膜对图像信噪比的影响，得到最佳工艺条件，使离子壁垒膜对图像噪声影响降到最低。
Description
技术领域
本发明属于光电成像技术领域，特别是涉及到一种微通道板离子壁垒膜对图像噪声影响的评测方法。
背景技术
在现有技术当中像增强器工作时，由光电阴极产生的光电子入射到离子壁垒膜的通道内，经多次倍增后，在离子壁垒膜的输出端会形成高密度的电子云。由于真空工艺及气体分子的吸附作用等原因，像管中必然存在残余的气体分子，它们在离子壁垒膜输出端受到密集的二次电子碰撞而电离，所产生的正离子在通道内电场的作用下反向撞击通道壁和轰击像管的光电阴极，从而产生的电子发射在荧光屏形成离子斑，它一方面破坏了离子壁垒膜的线性工作特性，同时也降低了光电阴极的寿命，这就是离子反馈所带来的危害。消除和减少离子反馈的有效方法是在离子壁垒膜的输入面上覆盖一层合适厚度的介质薄膜，它可以使得质量很小并具有一定能量的电子透过，又能有效地阻止正离子和气体分子反馈到光电阴极，使其表面激活层免受正离子的轰击，从而有效地延长像管的使用寿命。但是离子壁垒膜对入射电子有一定的散射作用，从而使得透射电子的空间分布具有随机性，这导致透射电子空间分布随时间发生变化，从而产生由离子壁垒膜所引起的噪声。
综上所述在现有技术当中亟需要一种方法来解决由于离子壁垒膜对入射电子有一定的散射作用，从而产生由离子壁垒膜所引起噪声的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种评价微通道板的离子壁垒膜对图像噪声影响的模拟方法。
一种用于评价离子壁垒膜对图像噪声影响的模拟方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一、确定超低能电子与固体相互作用的基本过程
针对低能电子与固体相互作用的特点选用Rutherford公式，并采用Joy修正公式，其中低能电子小于1000eV；
步骤二、确定低能电子在连续薄膜介质中的运行轨迹
计算散射电子的空间坐标及能量分布，电子每次散射行为由四个变量决定，散射起点处的能量En、散射角θn、散射方位角Φn、散射步长Λn ，其中散射角θn 为第n次与第n-1次散射运动方向的夹角；
步骤三、建立动态坐标系
令第n+1次散射的坐标系原点取在散射矢量的末端，Zn+1与Λn方向一致，xn+1取第n次散射锥体底面圆的切线且与Λn垂直，沿着φn增大的方向；
（xn+1 ，yn+1 ，zn+1 ）坐标系与（xn，yn ，zn ）坐标系的关系是：将xnyn轴绕zn轴沿着φn增大的方向旋转π/2+φn的角度，然后将ynzn轴绕xn沿着θn 增大的方向旋转θn角度，经过这两步（xn，yn ，zn ）就转到了与（xn+1 ，yn+1 ，zn+1 ）一致的方向；
步骤四、基于蒙特卡洛方法，建立离子壁垒膜对图像噪声的影响评价方法
①在时间ΔT范围内以人眼时间分辨极限为单位划分出P个相同的时间间隔Δt1,Δt2,…,Δti,…,Δtp，计算出Δti内、入射到离子壁垒膜上的单位体积内的电子个数
，I0为实验测得的入射膜层前的电流值，q为单位电子电量；
②N(Δti)个入射电子在x-y平面上的服从确定的统计分布G(x′1,y′1;x′2,y′2;…;x′N,y′N)，利用步骤一、步骤二、步骤三计算出经过离子壁垒膜散射后的透射电子束空间分布规律为；
③计算分布规律为G(x′1,y′1;x′2,y′2;…;x′N,y′N)的电子束在面积为S的范围内的电子个数N′(Δti)；
④将步骤四中分步①、分步②、分步③操作过程重复P次，光的强度变化值分别定义为I1,I2,…,Ii,...Ip;，
，将P个数值连线模拟出在ΔT的时间内由离子壁垒膜所引起的光电子信号波动随时间的变化曲线，该曲线即为离子壁垒膜所引起的信号波动随时间变化的规律；
步骤五、图像噪声特性影响因素评价
通过电子束入射膜层之前的统计分布G(x1,y1;x2,y2;…;xN,yN)，得出粒子入射膜层之前的入射信号信噪比，其公式为（在给定范围S内的粒子个数统计平均值）/（在给定束径范围内的粒子个数偏离平均值的均方根）=Pin，Pin作为入射信号的信噪比；根据电子与固体相互作用理论公式，得出粒子透过膜层后的分布服从统计分布G(x′1,y′1;x′2,y′2;…;x′N,y′N)，由此得到透过膜层后的出射膜层位置处信噪比，其公式为（在给定束径范围内的粒子个数统计平均值）/（在给定束径范围内的粒子个数偏离平均值的均方根）=Pout，Pout作为透过膜层后的信噪比，将这里的Pin/Pout定义为离子壁垒膜的噪声因子；
总噪声因子Pin/Pout 是离子壁垒膜的膜层厚度、原子密度物理量的函数，由此评价离子壁垒膜对图像噪声影响。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明中，我们基于电子与固体相互作用的基本原理，结合像管实际工作情况，给出了低能电子与固体相互作用的物理模型。模拟了电子透射膜层的运动轨迹，以及透射电子的空间分布情况。最后利用“时域微元等分法”模拟计算了单位时间间隔内的透射电子个数，利用统计方法给出噪声因子的定义并计算了离子壁垒膜不同条件下的噪声因子。
本发明为了能有效评测离子壁垒膜对三代微光像增强器图像噪声的影响，提供一种微通道板的离子壁垒膜噪声因子的模拟方法。该方法能评测不同材料组分，不同膜层密度，不同膜层厚度，不同入射电子能量下的离子壁垒膜噪声因子。
附图说明
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的光电子信号波动图。
图3为本发明的噪声因子与膜层厚度的变化关系图。
图4为 本发明的噪声因子与入射电子能量的变化关系图。
具体实施方式
实施例1
模拟输入及输出光电子数随时间的波动图。在该段程序中，先将运算获得的数据保存于数据组中，最后绘制波动，使用该方法后提高了运算速度。获得了模拟的光电子信号波动图（图2）。
编译了噪声因子随膜层厚度变化的运行程序。通过设定膜厚，增加步长和膜厚变化范围，获得噪声因子随膜厚变化曲线，如图3所示。
编译了噪声因子随入射电子能量变化的运行程序。通过设定能量阈值，改变步长和能量变化范围，获得噪声因子随入射电子能量的变化曲线，如图4所示。
Claims (1)
1.一种用于评价离子壁垒膜对图像噪声影响的模拟方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一、确定超低能电子与固体相互作用的基本过程
针对低能电子与固体相互作用的特点选用Rutherford公式，并采用Joy修正公式，其中低能电子小于1000eV；
步骤二、确定低能电子在连续薄膜介质中的运行轨迹
计算散射电子的空间坐标及能量分布，电子每次散射行为由四个变量决定，散射起点处的能量En、散射角θn、散射方位角Φn、散射步长Λn ，其中散射角θn 为第n次与第n-1次散射运动方向的夹角；
步骤三、建立动态坐标系
令第n+1次散射的坐标系原点取在散射矢量的末端，Zn+1与Λn方向一致，xn+1取第n次散射锥体底面圆的切线且与Λn垂直，沿着φn增大的方向；
（xn+1 ，yn+1 ，zn+1 ）坐标系与（xn，yn ，zn ）坐标系的关系是：将xnyn轴绕zn轴沿着φn增大的方向旋转π/2+φn的角度，然后将ynzn轴绕xn沿着θn 增大的方向旋转θn角度，经过这两步（xn，yn ，zn ）就转到了与（xn+1 ，yn+1 ，zn+1 ）一致的方向；
步骤四、基于蒙特卡洛方法，建立离子壁垒膜对图像噪声的影响评价方法
①在时间ΔT范围内以人眼时间分辨极限为单位划分出P个相同的时间间隔Δt1, Δt2,…, Δti,…, Δtp，计算出Δti内、入射到离子壁垒膜上的单位体积内的电子个数
，I0为实验测得的入射膜层前的电流值，q为单位电子电量；
②N(Δti)个入射电子在x-y平面上的服从确定的统计分布G(x1, y1;x2, y2;…; xN, yN)，利用步骤一、步骤二、步骤三计算出经过离子壁垒膜散射后的透射电子束空间分布规律为G(x′1, y′1; x′2, y′2;…; x′N, y′N)；
③计算分布规律为G(x′1, y′1; x′2, y′2;…; x′N, y′N)的电子束在面积为S的范围内的电子个数N′(Δti)；
④将步骤四中分步①、分步②、分步③操作过程重复P次，光的强度变化值分别定义为I1,I2;…,Ii,…Ip，
，将P个数值连线模拟出在ΔT的时间内由离子壁垒膜所引起的光电子信号波动随时间的变化曲线，该曲线即为离子壁垒膜所引起的信号波动随时间变化的规律；
步骤五、图像噪声特性影响因素评价
通过电子束入射膜层之前的统计分布G(x1, y1; x2, y2;…; xN,yN)，得出粒子入射膜层之前的入射信号信噪比，其公式为（在给定范围S内的粒子个数统计平均值）/（在给定束径范围内的粒子个数偏离平均值的均方根）=Pin，Pin作为入射信号的信噪比；根据电子与固体相互作用理论公式，得出粒子透过膜层后的分布服从统计分布G(x′1, y′1; x′2, y′2;…; x′N, y′N)，由此得到透过膜层后的出射膜层位置处信噪比，其公式为（在给定束径范围内的粒子个数统计平均值）/（在给定束径范围内的粒子个数偏离平均值的均方根）=Pout，Pout作为透过膜层后的信噪比，将这里的Pin/Pout定义为离子壁垒膜的噪声因子；
总噪声因子Pin/Pout 是离子壁垒膜的膜层厚度、原子密度物理量的函数，由此评价离子壁垒膜对图像噪声影响。
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|---|---|---|---|---|
| CN104465295A (zh) * | 2014-10-27 | 2015-03-25 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种带离子阻挡功能的新型微通道板电极及其制作方法 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN102507608A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-06-20 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种确定中低能电子非弹性散射的方法 |
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| CN104465295B (zh) * | 2014-10-27 | 2018-02-27 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种带离子阻挡功能的新型微通道板电极及其制作方法 |
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