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

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-оптическим преобразователям изображения (ЭОП), используемым для преобразования, масштабирования и усиления оптического сигнала.

Известен ЭОП [1] с плоским фотокатодом и трехэлектродной фокусирующей системой, главным недостатком которого является эллиптическая поверхность изображения, что обеспечивает достаточно высокое пространственное разрешение только в центральной части изображения.

Известен ЭОП [2] содержащий трехэлектродную электростатическую фокусирующую систему со сферическим фотокатодом, анодом и люминесцентным экраном. Данный преобразователь имеет высокую пространственную разрешающую способность и небольшую дисторсию, тем не менее прибор имеет недостатки, заключающиеся в следующем:
поверхность изображения в приборе имеет сферическую форму, что обусловливает необходимость использовать и для фотокатода и для люминесцентного экрана сферизованные волоконно-оптические пластины. Это не дает возможности разместить перед экраном плоский усилительный элемент, например, микроканальную пластину;
сферизация поверхности фотокатода и экрана приводит к существенной неравномерности яркости из-за разной толщины волоконно-оптических пластин в центре и на краю изображения;
заданные конструктивные соотношения не позволяют изготовить прибор с масштабом увеличения большим 1, хотя имеются практические цели, где необходим больший масштаб.

Кроме задач оптического сопряжения различных по формату изображений, где часто нужно не уменьшить, а, наоборот, увеличить масштаб, существует необходимость усиления яркости слабосветящихся объектов. Для этой цели в ЭОП перед экраном встраивается плоская микроканальная пластина (МКП), дающая усиление более, чем в 10000 раз. По чисто технологическим причинам пространственное разрешение современных МКП не превышает 40 пар лин./мм, что соответствует элементу разрешения размером 12,5 мкм, в то время как ЭОП с масштабом 1 пропускает 60 пар лин./мм, что соответствует элементу разрешения 8,3 мкм. Естественно, что при установке в ЭОП МКП разрешение в 8,3 мкм реализовано не будет.

Если ЭОП будет иметь масштаб электронно-оптического увеличения, например 1,6, то на входе МКП размер разрешимого элемента будет 8,3•1,6 13,3. Ясно, что при таких минимальных размерах разрешимого элемента МКП не будет ограничивать пространственное разрешение.

Для того, чтобы высокое пространственное разрешение сохранялось на периферийных участках изображения, необходимо, чтобы поверхность изображения представляла собой плоскость
Совокупность описанных выше свойств ЭОП будет характеризовать качество изображения.

Цель предполагаемого изобретения улучшение качества изображения.

Для достижения указанной цели в ЭОП, с электростатической фокусирующей системой, содержащей сферический фотокатод, фокусирующий электрод, анод, люминесцентный экран в пространство между анодом и люминесцентным экраном введен дополнительный аксиальный фокусирующий электрод, при этом основные геометрические размеры фокусирующей системы должны удовлетворять соотношениям:
0,9≅r_к/Ф_к≅1,4, (1)
0,8≅l_а/Ф_к≅1,4, (2)
0,3≅l_а/l_э≅0,5, (3), где
r_к радиус фотокатода;
Ф_к рабочий диаметр фотокатода;
l_а расстояние между фотокатодом и анодом;
l_э расстояние между ближайшим к фотокатоду краем анода и плоскостью изображения.

Внешний вид прибора приведен на фиг. 1; на фиг. 2 показано типичное распределение осевого потенциала в нем.

В таблице представлены результаты компьютерного моделирования, на основании которого были определены граничные условия, при которых сохраняются параметры предлагаемого технического решения.

ЭОП (фиг. 1) согласно предполагаемому изобретению включает в себя сферический фотокатод 1, фокусирующий электрод 2, анод 3, дополнительный фокусирующий электрод 4, люминесцентный экран 5, все элементы конструкции размещены в вакуумной оболочке 6.

Работает устройство следующим образом.

На фотокатод проектируется изображение предмета. Эмиттированные под действием света фотоэлектроны ускоряются на участке катод-анод (К-А), проходят в отверстие анодной диафрагмы, тормозятся на участке анод-фокусирующий электрод 2 (А-ФЭ-2), затем снова ускоряются на участке фокусирующий электрод 2 (ФЭ-2)-люминесцентный экран (Э). При прохождении электронами участков аксиально симметричного неоднородного электрического поля происходит их фокусировка и на люминесцентном экране высвечивается изображение, спроектированное на фотокатод.

Фокусировка изображения осуществляется при помощи двух электростатических линз иммерсионной, образованной фотокатодом, фокусирующим электродом 1 и анодом и одиночной образованной анодом, фокусирующим электродом 2 и экраном.

Геометрические параметры электродов линз подобраны таким образом, что в указанных в формулах пределах коэффициент электронно-оптического увеличения лежит в пределах 1,4-1,7. При этом в соответствии с данными таблицы в области фотокатода обеспечивается высокое пространственное разрешение не менее 60 пар лин./мм в пределах всего рабочего поля изображения и дисторсия не превышающая 1,5%
Как показали компьютерные расчеты форма фокусирующих электродов не имеет существенного значения, поскольку в трехэлектродных фокусирующих системах всегда можно изменить фокусирующий потенциал для коррекции электронных траекторий.

Поскольку в данной электронно-оптической системе поверхность изображения близка к плоской, в прибор для усиления яркости изображения можно установить плоскую микроканальную пластину.

Использование: электронно-оптические преобразователи (ЭОП) изображения для преобразования, масштабирования и усиления оптического сигнала. Сущность изобретения: в ЭОПе с электростатической фокусировкой со сферическим фотокатодом ФК и плоским экраном Э соотношения размеров выбраны таким образом, что плоскость изображения формируется квазиплоской. Изображение формирует также дополнительно введенный между анодом и Э аксиальный фокусирующий электрод. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Электронно-оптический преобразователь с электростатической фокусирующей системой, включающий сферический фотокатод, фокусирующий электрод, анод, люминесцентный экран, отличающийся тем, что в пространство между анодом и люминесцентным экраном введен дополнительный аксиальный фокусирующий электрод, при этом поверхность изображения близка к плоской, а основные геометрические размеры фокусирующей системы должны удовлетворять следующим соотношениям:
0,9 ≅ r_к/Ф_к ≅ 1,4,
0,9 ≅ l_а/Ф_к ≅ 1,5,
0,3 ≅ l_а/l_э ≅ 0,5
где r_к радиус фотокатода;
Ф_к рабочий диаметр фотокатода;
l_а расстояние от фотокатода до анода;
l_э расстояние между ближайшим к фотокатоду краем анода и плоскостью изображения. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что перед люминесцентным экраном установлена микроканальная усилительная пластина.