МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01J31/50 

Изобретение относится к оптико-электронике, в частности к конструкциям электронно-оптических преобразователей (ЭОП) инверторного типа, предназначенных преимущественно для использования в очках ночного видения.

Известен малогабаритный ЭОП для очков ночного видения, содержащий плоский катод, возможно микроканальную пластину и люминесцентный экран [1]
В качестве недостатков известного ЭОП можно отметить высокую стоимость и низкую разрешающую способность. Например, ЭОП Т Н9313 фирмы "Томсон", выполненный согласно вышеуказанного известного решения, имеет при длине 30,4 мм разрешающую способность только ≈ 36 мм ^-1.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является малогабаритный электронно-оптический преобразователь, содержащий последовательно расположенные вдоль его электронно-оптической оси волоконно-оптическую пластину, на вогнутой внутренней поверхности которой нанесен фотокатод, катодный цилиндр, анод, выполненный в виде усеченного конуса, с меньшим основанием, обращенным к фотокатоду, и люминесцентный экран. При геометрической длине, равной 48 мм, оптической длине, равной 39,5 мм, прибор имеет разрешающую способность 45 мм^-1 [2]
Недостатком данной конструкции является сравнительно большие величины геометрической длины и разности между геометрической и оптической длинами, а также необходимость обеспечения процесса высокоточной сборки прибора.

Данный ЭОП предназначен для использования преимущественно в очках ночного видения, в которых наиболее критической является как общая геометрическая длина ЭОП, так и разность между геометрической и оптической длинами ЭОП, обуславливающая возможность применения короткофокусного окуляра (т.е. взаимность получения большего увеличения), поэтому уменьшение данных параметров является важной задачей.

Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритов ЭОП при сохранении разрешающей способности и электронно-оптического увеличения и повышение технологичности изделия.

Указанный технический результат достигается тем, что в малогабаритном электронно-оптическом преобразователе меньшее основание конусного анода снабжено цилиндрической частью, ориентированной к фотокатоду, а радиус кривизны фотокатода, длина катодного цилиндра и высота анода выбраны не превышающими соответственно 13, 17,5 и 10 мм.

Внутренний диаметр цилиндрической части и длина цилиндрической части анода могут быть равными соответственно 4 и 1,5 мм.

Авторами экспериментальным путем было обнаружено, что внесенные изменения в геометрию электродов, в частности изменение формы анода и выбор вышеуказанных размеров соответствующих электродов позволили при сохранении электронно-оптических параметров ЭОП уменьшить его размеры. Снабжение меньшего основания анода цилиндрической частью, ориентированной в сторону фотокатода, обусловлено также выявленной возможностью снизить требования к процессу сборки, так как у новой конструкции очень слаба зависимость положения поверхности изображения от расстояния катод анод. Кроме того, форма анода выбрана таковой из соображений получения минимального диаметра отверстия для лучшей защищенности люминесцентного экрана от возможного воздействия щелочных металлов при активировке фотокатода. Предложенная форма обеспечивает и повышение воспроизводимости его размеров, в частности размеров вершины конуса, каждые в наибольшей степени влияют на параметры изделия. Наличие цилиндрической части на меньшем основании конуса позволяет с высокой точностью воспроизводить заданный диаметр, равный 4 мм ± 0,075 мм при сравнительно большом допуске на длину этой части, равной 1,5 ± 0,2 мм, в то время как в прототипе обеспечить получение необходимого диаметра меньшего основания значительно сложнее.

Уменьшение диаметра отверстия конуса приведет к виньетированию крайних пучков электронов при формировании изображения.

Радиус сферической поверхности фотокатода уменьшать далее также нежелательно, так как это приведет к увеличению дисторсии изображения, передаваемого устройством, и к увеличению неравномерности чувствительности фотокатода. Существуют определенные ограничения на возможное дальнейшее сокращение длины катодного цилиндра. Эти ограничения обусловлены следующими причинами. В реальном приборе к катодному цилиндру припаяны три медных штенгеля, через которые вводятся источник сурьмы и щелочные металлы для формирования фотокатода. Источник сурьмы должен располагаться в центре кривизны сферической поверхности фотокатода. С уменьшением длины катодного цилиндра соблюдение этого важного технологического условия резко усложняется. Кроме того, уменьшение длины катодного цилиндра может привести к опасному сближению металлостеклянного спая корпуса прибора и катодного цилиндра с местом расположения медного штенгеля, что уменьшает прочностные характеристики и герметичность корпуса прибора.

На чертеже показана конструкция предлагаемого электронно-оптического преобразователя.

ЭОП содержит плоско-вогнутую волоконно-оптическую пластину 1, на внутренней поверхности которой нанесен фотокатод 2. Волоконно-оптическая пластина 1 соединена с катодным цилиндром 3, каждый через металлостеклянный спай соединен с корпусом. Конусный анод 4 и люминесцентный экран 5 через металлические манжеты соединен с корпусом.

Цилиндрическая часть анода 4 ориентирована в сторону фотокатода 2.

Устройство работает следующим образом.

Оптическое изображение объекта, попадающее на входную плоскость ВОП, передается на внутреннюю поверхность, где расположен фотокатод 2 и здесь преобразуется в электронное изображение. Фотоэлектроны, образующие электронные изображения, ускоряются электростатическим полем, формируемым поверхностью фотокатода 1, катодным цилиндром 3 и анодом 4 и фокусируются этим же полем на люминесцентном экране 5. Экран осуществляет обратное преобразование электронного изображения в оптическое.

Экспериментально было показано, что при предлагаемых размерах всех элементов прибора фотоэлектроны фокусируются точно на поверхности люминесцентного экрана. Изменение размеров приводит к расфокусировке изображения.

В таблице приведены сравнительные данные серии из 10 ЭОП, изготовленных согласно изображению и ЭОП прототипа по параметрам: разрешающая способность и увеличение.

Как видно из таблицы, предлагаемый ЭОП по параметрам не уступает прототипу, при этом он короче на 2,5 мм, а разность между геометрической и оптической длиной его меньше на 2 мм, т.е. он может использоваться с более короткофокусным окуляром.

Изобретение предназначено для электронно-оптических преобразователей инверторного типа, преимущественно для очков ночного видения. Сущность изобретения: в преобразователе, содержащем волоконно-оптическую пластину с фотокатодом, люминесцентный экран и анод - в виде усеченного конуса, меньшее основание анода снабжено цилиндрической частью, ориентированной к фотокатоду. Радиус кривизны фотокатода, длина катодного цилиндра и высота анода выбраны равными соответственно, 13, 17,5 и 10 мм. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Малогабаритный электронно-оптический преобразователь, содержащий последовательно расположенные вдоль его электронно-оптической оси волоконно-оптическую пластину, на вогнутой внутренней поверхности которой нанесен фотоканал, катодный цилиндр, анод, выполненный в виде усеченного конуса с меньшим основанием, обращенным к фотокатоду, и люминесцентный экран, отличающийся тем, что меньшее основание анода снабжено цилиндрической частью, ориентированной к фотокатоду, а радиус кривизны фотокатода, длина катодного цилиндра и высота анода выбраны равными соответственно 13,0, 17,5 и 10,0 мм. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр и длина цилиндрической части анода выбраны равными соответственно 4,0 и 1,5 мм.