Электронно-оптический преобразователь

Электронно-оптический преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область применения

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-оптическим преобразователям изображения (ЭОП), используемым для спектрального преобразования, масштабирования, усиления и временного анализа оптических сигналов [H01J 31/50].

Уровень техники

Из уровня техники известен патент [1] на рентгеновский электронно-оптический преобразователь. РЭОП состоит из оболочки с входным окном и расположенных внутри нее входного рентгенолюминесцентного экрана с фотокатодом, сформированным на его внутренней поверхности, электродов электростатической фокустировки, анода и выходного катодолюминесцентного экрана, причем отверстие анода перекрыто проводящей сеткой, выполненной в форме сферического сегмента с радиусом кривизны R_c, установленного соосно с фотокатодом на расстоянии L_ка от его центра, а в плоскости минимального сечения электронного пучка, между сферическим сегментом и выходным экраном установлена апертурная диафрагма на расстоянии от центра фотокатода L_кр. Приведены зависимости для определения R_с, L_ка, L_кр. В РЭОП с квазисферическим полем достигнуто сокращение расстояния между фотокатодом и анодом в 1,6 раза и увеличение контраста в 2-3 раза.

Недостатком РЭОП являются большие размеры устройства. С помощью такого ЭОП нельзя регистрировать излучение в ультрафиолетовой области. Кроме того, устройство с сферическим сегментом в сравнении с плоским стеклом является существенно более дорогим элементом прибора.

Известен патент на ЭОП [2], содержащий электростатическую фокусирующую систему со сферизованным фотокатодом, фокусирующим электродом, анодом, системой развертки электронного луча и люминесцентным экраном. В данном приборе фотокатод выполнен на подложке, представляющей собой волоконно-оптическую пластину (ВОП), внешняя сторона которой - плоская, а внутренняя - сферизована. На внутреннюю сторону ВОП нанесен фотокатод.

Фотокатод является частью фокусирующей системы, которая переносит изображение на люминесцентный экран. Сферизация фотокатода делается для того, чтобы радикально уменьшить геометрические искажения фокусирующей системы. При этом прибор имеет небольшие размеры: Ф˜44 мм, длина ˜110 мм.

В настоящее время, используемые для изготовления ВОП материалы (специальные стеклянные волокна) ограничивают диапазон спектральной чувствительности ЭОП видимой областью - 400-800 нм. С помощью такого ЭОП нельзя регистрировать излучение в ультрафиолетовой области. Кроме того, ВОП в сравнении с плоским стеклом, является существенно более дорогим элементом прибора. Аналогом является патент [3] на ЭОП, содержащий фотокатод, ускоряющий и фокусирующий электроды в виде цилиндров одного диаметра, анод с диафрагмой, систему развертки изображения и люминесцентный экран, отличный тем, что анод снабжен цилиндрической частью с определенным соотношением диаметра, длин электродов и отношения расстояния от фотокадода до экрана. Ускоряющий электрод имеет в торце, обращенном к фотокатоду, целевую диафрагму.

Недостатком ЭОП являются большие размеры устройства. С помощью такого ЭОП нельзя регистрировать излучение в ультрафиолетовой области.

Более близким аналогом является патент на ЭОП [4], содержащий электростатическую фокусирующую систему с плоским фотокатодом на стеклянной подложке, фокусирующим электродом, анодом, системой развертки электронного луча, люминесцентным экраном. Большие размеры прибора: 110 мм, длина 360 мм позволяют использовать для работы только центральную часть фотокатода диаметром ˜12 мм. За счет этого удается уменьшить геометрические искажения изображения.

Описанная конструкция ЭОП с плоским фотокатодом позволяет использовать подложки, пропускающие излучение, в том числе, в диапазоне ультрафиолета, начиная от 110 нм.

Уменьшение размеров ЭОП при сохранении рабочего диаметра фотокатода приводит к существенным искажениям за счет дисторсии изображения.

Целью настоящего изобретения является создание малогабаритного ЭОП, который сохраняет возможность регистрировать излучение в ультрафиолетовой области спектра без искажений изображения.

Технический результат изобретения состоит в снижении дисторсии изображения и уменьшении габаритов устройства.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 приведена схема ЭОП, где 1 - фотокатод, 2 - диафрагма, 3 - фокусирующий электрод, 4 - анод, 5 - система развертки электронного луча, 6 - люминесцентный экран, 7 - вакуумная оболочка.

На Фиг.2 показана девятикадровая развертка изображения.

На Фиг.3 приведена фотография макета ЭОП, изготовленного согласно данному изобретению.

Сущность изобретения

Заявленный технический результат достигается за счет того, что ЭОП, содержащий заключенные в вакуумную оболочку и помещенные вдоль оптической оси: плоский фотокатод, фокусирующий электрод, анод, систему развертки электронного луча, люминесцентный экран, отличается тем, что в пространство между фотокатодом и фокусирующим электродом вставлен корректирующий электрод в виде диафрагмы с аксиально-симметричным круглым отверстием, причем геометрические размеры элементов ЭОП выполнены таким образом, что удовлетворяют следующим соотношениям:

0,1≤l₁/l₂≤0,25

1,25≤d₁/d_k≤1,83

8≤(d_l-d_k)/l₁≤13

5,4≤L/d_k≤6,8

0,4≤D/L≤0,6

где d_k - рабочий диаметр катода, d₁ - диаметр отверстия диафрагмы корректирующего электрода, l₁ - расстояние от катода до диафрагмы, l₂ - расстояние от диафрагмы до анода, L - расстояние от фотокатода до экрана, D - диаметр фокусирующего электрода. В непосредственной близости от люминесцентного экрана может быть установлена усилительная микроканальная пластина, которая позволяет усилить выходной сигнал и получить более качественное изображение на люминесцентном экране.

Отличительной особенностью данного изобретения является то, что в ЭОП с плоским фотокатодом в прикатодную область введен дополнительный корректирующий электрод в виде диафрагмы, который при выполнении определенных соотношений размеров элементов электростатической линзы, фокусирующей электронный поток на люминесцентный экран, позволяет уменьшить дисторсию изображения.

Соотношения данных размеров электродов и ЭОП в целом получены путем компьютерного моделирования. Исходные данные для расчетов и результаты приведены в таблице 1.

В таблице 2 приведены значения дисторсии в зависимости от соотношения размеров элементов ЭОП.

Из табл.2 выбраны варианты, удовлетворяющие соотношениям геометрических размеров ЭОП, приведенных в формулах 1-5 и сведены в таблицу 3.

Работает устройство следующим образом. Все элементы устройства заключены в вакуумной оболочке (7) (см. Фиг.1).

На фотокатод (1) ЭОП проектируют исследуемый процесс, сопровождающийся оптическим излучением. На электроды (3) ЭОП подают рабочие напряжения. Под действием света фотокатод (1) эмитирует поток электронов. Электроны ускоряются в сторону анода (4), проходят сквозь отверстие в аноде и фокусируются на люминесцентном экране (6). Таким образом, изображение исследуемого процесса переносится на экран.

В пространстве между анодом (4) и люминесцентным экраном (6) расположена система развертки электронного луча (5), содержащая одну или две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин.

Подавая на систему развертки (5) короткие электрические импульсы ступенчатой формы или линейно нарастающее напряжение, можно получить покадровую или непрерывную развертку изображения на люминесцентном экране (6). При этом происходит пространственно-временное преобразование исследуемого оптического сигнала. Зная длительность развертки, можно измерять длительность исследуемого оптического процесса.

Таким образом, удается при минимизации геометрических параметров ЭОП сохранить высокие качестве получаемого изображения.

В качестве примера на Фиг.2 приведена девятикадровая развертка изображения на экране ЭОП (при использовании варианта прибора с системой развертки, состоящей из двух пар отклоняющих пластин).

На Фиг.3 показан пример макета рабочего устройства, изготовленного согласно данному изобретению. Плоская подложка фотокатода данного ЭОП изготовлена из кварцевого стекла, которая обеспечивает пропускание излучения в ультрафиолетовой области спектра, начиная от 180 нм. При этом прибор имеет следующие габариты: диаметр 44 мм, длина - 80 мм, что по диаметру в ˜3 раза, а по длине в ˜5 раз меньше прототипа. При этом диаметр рабочего поля фотокатода составляет ˜12 мм, что соответствует прототипу. При необходимости регистрировать излучение слабой интенсивности в непосредственной близости от экрана может быть установлена микроканальная пластина, которая служит для усиления тока до 10000 раз.

Таблица 1
	dk	dl	l1	l2	D	L	Коэффициент увеличения	Дисторсия, %
1.	12	18	4,5	30	36	75	0,6	3
2.	12	17	4,5	30	44	75	0,6	2,7
3.	12	15	4,5	30	40	75	0,6	3,6
4.	12	17	4,5	32	32	81,7	0,7	4
5.	12	16	4,5	31	36	92	0,8	5,5
6.	12	22	4,5	30	40	75	0,6	5,2
7.	12	17	4,5	30	40	83,7	0,88	6,4
8.	12	19	4	30,5	42	75	0,7	3,2
9.	12	17	2	32,5	36	75	0,6	5,6
10.	12	18	7	27,5	36	75	0,6	3
11.	12	22	7	27,5	40	75	0,6	3,2
12.	12	17	1,4	30,6	42	72,5	0,68	9,3
13.	12	17	5	27	36	72,5	0,68	3,7
14.	12	15	3	29	38	72,5	0,68	4
15.	12	17	2	27,5	36	70	0,7	5,9
16.	12	15	3	26	36	65	0,64	3,8
17.	12	16	3	26,5	40	70	0,7	4,6

Таблица 2
	dl/dk	l1/l2	L/dk	D/L	Дисторсия, %
1	1,5	0,15	6,25	0,48	3
2	1,42	0,15	6,25	0,59	2,7
3	1,25	0,15	6,25	0,53	3,6
4	1,42	0,14	6,8	0,4	4
5	1,33	0,145	7,6	0,39	5,5
6	1,8	0,15	6,25	0,53	5,2
7	1,42	0,15	7	0,48	6,4
8	1,58	0,13	6,25	0,6	3,2
9	1,42	0,06	6,1	0,5	5,6
10	1,5	0,25	6,25	0,48	3
11	1,83	0,25	6,8	0,53	3,2
12	1,42	0,05	6,04	0,56	9,3
13	1,42	0,19	6	0,5	3,7
14	1,25	0,1	6	0,55	4
15	1,42	7,3	5,8	0,63	5,9
16	1,25	0,115	5,4	0,55	3,8
17	1,33	0,11	5,8	0,57	4,6

Критерием пригодности полученных соотношений служила величина дисторсии, не превышающая 4%.

Таблица 3
	dl/dk	l1/l2	L/dk	D/L	Дисторсия, %
1.	1,5	0,15	6,25	0,48	3
2.	1,42	0,15	6,25	0,59	2,7
3.	1,25	0,15	6,25	0,53	3,6
4.	1,42	0,14	6,8	0,41	4
5.	1,42	0,13	6,25	0,59	3,2
6.	1,5	0,25	6,25	0,48	3
7.	1,83	0,25	6,8	0,53	3,2
8.	1,42	0,19	6,04	0,5	3,7
9.	1,25	0,1	6	0,55	4
10.	1,25	0,115	5,4	0,55	3,8
11.	1,33	0,11	5,83	0,57	4

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2019882.

2. Патент на полезную модель РФ №44874.

3. А.С. СССР №1100655.

4. А.С. СССР №868884.

1. Электронно-оптический преобразователь изображения, содержащий заключенные в вакуумную оболочку и помещенные вдоль оптической оси: плоский фотокатод, фокусирующий электрод, анод, систему развертки электронного луча, люминесцентный экран, отличающийся тем, что в пространство между фотокатодом и фокусирующим электродом вставлен корректирующий электрод в виде диафрагмы с аксиально-симметричным круглым отверстием, причем геометрические размеры элементов электронно-оптического преобразователя выполнены таким образом, что удовлетворяют следующим соотношениям:

0,1≤l₁/l₂≤0,25;

1,25≤d₁/d_k≤1,83;

8≤(d_l-d_k)/l₁≤13;

5,4≤L/d_k≤6,8;

0,4≤D/L≤0,6,

где d_k - рабочий диаметр катода, d₁ - диаметр отверстия диафрагмы корректирующего электрода, l₁ - расстояние от фотокатода до диафрагмы, l₂ - расстояние от диафрагмы до анода, L - расстояние от фотокатода до экрана, D - диаметр фокусирующего электрода.

2. Электронно-оптический преобразователь изображения по п.1, отличающийся тем, что в непосредственной близости от люминесцентного экрана установлена усилительная микроканальная пластина.