CN1854758A - 一种多狭缝扫描成像方法及实现该方法的多狭缝扫描变像管 - Google Patents

Abstract

多狭缝扫描成像方法，是将目标物通过透镜组成像在光纤变换器输入面上，二维图像转变为多狭缝的一维图像后耦合至扫描变像管的光电阴极，将狭缝像转换为电子脉冲，再经静电聚焦进入偏转系统，加载随时间线性变化的斜坡电压，在荧光屏上得到含时间信息的条纹像。多狭缝扫描变像管，其光纤变换器的输入面是由二维阵列排布的光纤构成，输出面是由光纤拉成的多条狭缝；透镜组设于光纤变换器之前；光纤变换器的输出面与光锥的输入面相耦合，光锥的输出面与扫描变像管光电阴极的光纤面板相耦合。本发明解决了背景技术在目标物为动态时成像扭曲或无法成像的技术问题。本发明成像面积大，电子光学系统的边缘图像畸变小，整管体积小，重量轻。

Description

一种多狭缝扫描成像方法及实现该方法的多狭缝扫描变像管

技术领域

本发明属于传感器探测技术，具体涉及一种多狭缝扫描成像方法及实现该方法的多狭缝扫描变像管，其可广泛应用于导弹跟踪测量、卫星跟踪测距、制导、火控、大地测量、地震预报、测污、气象、交通管制等诸多方面。

背景技术

激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。现今的激光雷达已经发展成为不仅能高精度地跟踪测量单目标，还能跟踪测量多目标，识别真假弹头，提供图像，测得目标姿态和滚动速度的多体制、多功能的系统。能够进行高帧频三维成像的条纹变像管激光成像雷达，由于每个激光脉冲覆盖面积大，因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达，在军事和航天等领域有着非常广泛的应用前景。激光雷达不仅具有成像清晰度高、距离精度高、成像帧频高的优点，还具有大视场角的重要特点，即可以进行大范围的自主寻的。

激光雷达的基本组成包括激光雷达发射系统、接收系统和信息处理系统三大部分。其中接收系统的关键器件是光电探测器，条纹变像管即是一种光电探测器。传统的条纹变像管激光雷达都是单狭缝的光电阴极，成像面积小，电子光学系统的边缘图像畸变较大，整管体积大，重量大，利用这种变像管的激光雷达进行三维成像时需要探测器的一维推扫。尤其是，当目标物为动态目标时，探测器的推扫就会不可避免地导致成像的扭曲，甚至根本无法成像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多狭缝扫描成像方法及实现该方法的多狭缝扫描变像管，其解决了背景技术中当目标物为动态目标时，探测器的推扫就会不可避免地导致成像的扭曲，甚至根本无法成像的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种多狭缝扫描成像方法，其特殊之处在于，它包括下列步骤

1)将目标物通过透镜组成像在光纤变换器的输入面上；

2)光纤变换器将成在其输入面上的二维图像转变为多狭缝的一维图像；

3)多狭缝的一维图像通过光锥耦合至扫描变像管的光电阴极；

4)扫描变像管的光电阴极将狭缝像转换为电子脉冲；

5)电子脉冲经静电聚焦后进入偏转系统；

6)在偏转系统上加载随时间线性变化的斜坡电压；

7)在荧光屏上得到含有时间信息的条纹像。

一种实现上述多狭缝扫描成像方法的多狭缝扫描变像管，包括扫描变像管6，其特殊之处在于：它还包括可将成在光纤变换器4的输入面7上的二维图像3转变为其输出面8上一维狭缝像的光纤变换器4；所述光纤变换器4的输入面7是以二维阵列方式排布的光纤构成的面，所述光纤变换器4的输出面8是由光纤拉成的多条狭缝构成的面，所述光纤变换器4的输出面8的每条狭缝与其输入面7所划分的每个单元相对应；设置于光纤变换器4之前、可将目标物1成像在光纤变换器4的输入面7上的透镜组2；所述光纤变换器4的输出面8与光锥5的输入面9相耦合，所述光锥5的输出面10与扫描变像管6的光电阴极12的光纤面板相耦合。

上述扫描变像管6由依次设置、且隔有间距的光电阴极12、加速极13、聚焦极14、阳极15、偏转板16及荧光屏17构成；所述加速极13正对光电阴极12的面上设置有栅网19。

上述栅网19以采用镍网为佳。

上述荧光屏17与阳极15同电位；上述阳极15与荧光屏17之间是等位区。

上述光锥5可采用2∶1的光锥。

上述外壳11以采用玻璃外壳为宜，其通过过渡环18真空封接；上述光电阴极12可采用多碱光电阴极。

上述扫描变像管6以采用静电聚焦、静电偏转电子光学系统的扫描变像管为宜；上述扫描变像管6以皮秒扫描变像管为宜。

本发明具有以下优点：

1.扫描变像管光电阴极的成像面积大。由于扫描变像管中加入了栅网，保证了大面积阴极发射的光电子能够通过，因此成像面积可达Φ25以上。

2.电子光学系统的边缘图像畸变小。一般情况下，边缘图像畸变小于5％。

3.聚焦区和阳极等电位区缩短，因此整管体积小，重量轻。

4.当目标物为动态目标时，无需机械扫描即可较好地成像，且成像不会扭曲。

附图说明

附图为本发明多狭缝扫描变像管实施例的结构示意图。

附图标号说明：1-目标物，2-透镜组，3-二维图像，4-光纤变换器，5-光锥，6-扫描变像管，7-光纤变换器的输入面，8-光纤变换器的输出面，9-光锥的输入面，10-光锥的输出面；11-外壳，12-光电阴极，13-加速极，14-聚焦极，15-阳极，16-偏转板，17-荧光屏，18-过渡环，19-栅网。

具体实施方式

多狭缝变像管激光雷达是一种可以在探测器和目标物同时移动的情况下进行瞬时成像的系统，其核心器件就是多狭缝扫描变像管。

本发明多狭缝扫描变像管的结构见附图，其主要由光纤变换器4和皮秒扫描变像管6组成。目标物1通过透镜组2成像在光纤变换器4的输入面7上。光纤变换器4的作用是将成在其输入面7上的二维图像3转变为多条狭缝像，通过光锥5与扫描变像管6的输入窗耦合。

光纤变换器4的工作原理及设计实例：光纤变换器4的作用是将成在光纤变换器的输入面7上的64×64的二维图像转变为光纤变换器的输出面8的16条狭缝像。光纤变换器4的输入面7是由Φ0.165mm的光纤排成64×64像素的二维阵列。二维阵列的外形尺寸为10.56mm×10.56mm。该二维阵列可以划分为16个4×4的单元。光纤变换器的输出面8的每条狭缝与其输入面7的每一个单元相对应，狭缝间距1.672mm，因此光纤变换器4的输出面的尺寸为42.4mm×26.75mm，相应的外接圆尺寸为Φ50mm。光纤变换器的输出面8与一个2∶1的光锥5的输入面9耦合，光锥5的输出面10与扫描变像管光电阴极12的光纤面板耦合。

扫描变像管6的设计实例参见附图。光电阴极12为多碱光电阴极，其上加有-5kV电压，响应波段为可见光，可采用真空合成的方法制作。加速极13与光电阴极12间的间距为2mm。加速极13正对光电阴极12的面上设置有栅网19，栅网19是一层80线/mm的镍网，其上加有+800V电压。聚焦极14与加速极13间的间距为15mm。其上加有-6kV电压。阳极15与聚焦极14间的间距为20mm。阳极15接地，阳极孔的尺寸为Φ30mm。偏转板16的入口与阳极15间的间距为3mm。偏转板16板长20mm，板间距30mm。荧光屏17制作在光纤面板上，直径可取Φ50mm，与阳极15同电位。阳极15与荧光屏17之间是等位区。外壳11为玻璃，真空封接，具有良好的真空气封性。扫描变像管6的光电阴极12将入射光转换为电子脉冲，电子脉冲经聚焦极14静电聚焦后，经偏转板16进入偏转系统。偏转系统上加有随时间线性变化的斜坡电压，由于不同时刻进入偏转系统的电子脉冲受到不同偏转电压的作用，电子脉冲到达荧光屏17时，将沿垂直于狭缝的方向展开，这一方向对应于时间轴，因此在荧光屏17上可得到含有时间信息的条纹像。

Claims (8)

1.一种多狭缝扫描成像方法，其特征在于：它包括下列步骤

1)将目标物通过透镜组成像在光纤变换器的输入面上；

2)光纤变换器将成在其输入面上的二维图像转变为多狭缝的一维图像；

3)多狭缝的一维图像通过光锥耦合至扫描变像管的光电阴极；

4)扫描变像管的光电阴极将狭缝像转换为电子脉冲；

5)电子脉冲经静电聚焦后进入偏转系统；

6)在偏转系统上加载随时间线性变化的斜坡电压；

7)在荧光屏上得到含有时间信息的条纹像。

2.一种实现权利要求1方法的多狭缝扫描变像管，包括扫描变像管(6)，其特征在于：它还包括可将成在光纤变换器(4)的输入面(7)上的二维图像(3)转变为其输出面(8)上一维狭缝像的光纤变换器(4)；所述光纤变换器(4)的输入面(7)是以二维阵列方式排布的光纤构成的面，所述光纤变换器(4)的输出面(8)是由光纤拉成的多条狭缝构成的面，所述光纤变换器(4)的输出面(8)的每条狭缝与其输入面(7)所划分的每个单元相对应；设置于光纤变换器(4)之前、可将目标物(1)成像在光纤变换器(4)的输入面(7)上的透镜组(2)；所述光纤变换器(4)的输出面(8)与光锥(5)的输入面(9)相耦合，所述光锥(5)的输出面(10)与扫描变像管(6)的光电阴极(12)的光纤面板相耦合。

3.根据权利要求2所述的多狭缝扫描变像管，其特征在于：所述的扫描变像管(6)由依次设置、且隔有间距的光电阴极(12)、加速极(13)、聚焦极(14)、阳极(15)、偏转板(16)及荧光屏(17)构成；所述的加速极(13)正对光电阴极(12)的面上设置有栅网(19)。

4.根据权利要求3所述的多狭缝扫描变像管，其特征在于：所述的栅网(19)是镍网。

5.根据权利要求2或3所述的多狭缝扫描变像管，其特征在于：所述的荧光屏(17)与阳极(15)同电位；所述的阳极(15)与荧光屏(17)之间是等位区。

6.根据权利要求5所述的多狭缝扫描变像管，其特征在于：所述的光锥(5)是2∶1的光锥。

7.根据权利要求6所述的多狭缝扫描变像管，其特征在于：所述的外壳(11)为玻璃外壳，其通过过渡环(18)真空封接；所述的光电阴极(12)为多碱光电阴极。

8.根据权利要求7所述的多狭缝扫描变像管，其特征在于：所述的扫描变像管(6)是采用静电聚焦、静电偏转电子光学系统的扫描变像管；所述的扫描变像管(6)为皮秒扫描变像管。