МИШЕНЬ ВИДИКОНА Российский патент 2000 года по МПК H01J29/45 H01J31/38 

Изобретение относится к телевизионной технике, в частности к передающим телевизионным приборам - видиконам, предназначенным для работы в составе телевизионных камер на ядерных энергетических установках (ЯЭУ).

Такие видиконы должны отвечать требованиям сохранения своих параметров при и после воздействия ионизирующего излучения (ИИ) высокой интенсивности, они должны иметь высокую световую чувствительность и широкий диапазон рабочих температур, обладать возможно меньшей чувствительностью к ИИ и обеспечивать согласование по спектру с источниками света.

Из известных видиконов, используемых для работы на ЯЭУ, является видикон с мишенью на основе трехсернистой сурьмы (стибнита) [Иванов В.П. и др. Телевизионные системы контроля и наблюдения в ядерной технике. - "Атомная энергия", т. 52, вып. 1, 1982].

Мишень на основе Sb₂S₃ обладает низкой чувствительностью к ИИ - при работе до мощности дозы 10⁶ Р/ч и интегральной дозой 10⁸ Рад параметры изменяются не более чем на 20-30% от исходных. Однако мишень Sb₂S₃ обладает рядом существенных недостатков:
- низкая световая чувствительность;
- высокая инерционность;
- зависимость параметров (чувствительности, темнового тока и его равномерности) от температуры;
- спектральная характеристика не согласована со спектром источника света (максимум характеристики на λ = 550 нм).

Поэтому в большинстве случаев применения на ЯЭУ видиконов с мишенями Sb₂S₃ сильно затруднено. Особенно не пригодна мишень Sb₂S₃ для работы телевизионных камер в водных технологических растворах на ЯЭУ, где трудно реализовать высокую интенсивность источника света из-за сильного рассеивания света в воде в диапазоне длин волн 400-500 нм.

Известна также мишень видикона [FR N1.582.561 кл. H 01 J 29/45], содержащая подложку, проводящий слой, фоточувствительный слой на основе селенида кадмия CdSe и резистивный слой.

Такая мишень обладает высокой световой чувствительностью, низкой инерционностью и хорошо согласованной с источником света спектральной характеристикой.

Однако мишень на основе CdSe обладает низким отношением сигнал/шум при работе в полях ИИ, а также при работе в полях ИИ в условиях повышенной температуры окружающей среды. Уменьшение отношения сигнал/шум приводит к уменьшению разрешающей способности, контраста изображения и в конечном результате к снижению достоверности телевизионного осмотра и контроля.

Наиболее близкой по своей технической сущности по отношению к заявленному изобретению является мишень видикона [RU, заявка N95107609/09, кл. H 01 J 29/45, 1977] , содержащая подложку, проводящий слой, фоточувствительный слой на основе селенида кадмия CdSe, толщина которого d определяется из соотношения

где α(λ) - коэффициент поглощения света материалом фоточувствительного слоя на длине волны λ ≡ λ_max;
λ_max - красная граница поглощения;
и резистивный слой.

Такая мишень обладает высокой световой чувствительностью, низкой инерционностью, хорошо согласованной с источником света спектральной характеристикой и высоким отношением сигнал/шум при работе в полях ИИ.

Однако такая мишень обладает низким отношением сигнал/шум при работе в полях ИИ в условиях повышенной температуры окружающей среды, что значительно ограничивает ее применение в атомной энергетике.

Таким образом, имеется настоятельная необходимость в улучшении мишеней видикона на основе CdSe применительно к атомной энергетике.

Целью настоящего изобретения является увеличение отношения сигнал/шум при воздействии ИИ в условиях повышенной температуры окружающей среды.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать мишень видикона, которая обладала бы повышенным отношением сигнал/шум при воздействии ИИ в условиях повышенной температуры окружающей среды и имела бы все преимущества, присущие мишени на основе CdSe - высокой световой чувствительности, малой инерционности, высокой рабочей температуры, согласованием спектра с источником света.

Эта задача решается тем, что в мишени видикона, содержащей подложку, проводящий слой, фоточувствительный слой на основе селенида кадмия CdSe, толщина которого d определяется из соотношения

где α(λ) - коэффициент поглощения света материалом фоточувствительного слоя на длине волны λ ≡ λ_max;
λ_max - красная граница поглощения;
и резистивный слой,
согласно изобретению резистивный слой содержит слой на основе AsSbS₃ толщиной 0,04 - 0,1 мкм, примыкающий к фоточувствительному слою CdSe, и слой на основе As₂S₃, примыкающий к слою на основе AsSbS₃.

Выполнение мишени видикона с резистивным слоем на основе AsSbS₃ толщиной 0,04 - 0,1 мкм, примыкающим к фоточувствительному слою CdSe, и слоем на основе As₂S₃, примыкающим к слою на основе AsSbS₃, позволяет уменьшить радиационно-индуцированный ток мишени и структурный шум мишени при воздействии ИИ в условиях повышенной температуры окружающей среды, следствием которого является повышенное отношение сигнал/шум.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут выявлены ниже при рассмотрении конкретного примера его выполнения.

Рассмотрим конкретный пример выполнения мишени видикона на основе селенида кадмия CdSe.

Мишень видикона содержит подложку из стекла марки К 208 толщиной 2,0 мм, проводящий слой Jn₂O₃ толщиной 0,02 мкм, фоточувствительный слой CdSe толщиной d в пределах (0,24 ... 0,48) мкм, резистивный слой AsSbS₃ толщиной (0,04 . . . 0,1) мкм, примыкающий к фоточувствительному слою CdSe и слой на основе As₂Se₃ толщиной (0,6 ... 1,5) мкм, примыкающий к слою AsSbS₃.

Выполнение двухслойного резистивного слоя, а также выбор верхнего предела толщины резистивного слоя AsSbS₃ - 0,1 мкм и нижнего предела - 0,04 мкм, обусловлены исходя из необходимости получения максимального отношения сигнал/шум при воздействии ИИ в условиях повышенной температуры окружающей среды.

Если толщина слоя AsSbS₃ меньше 0,04 мкм, то при воздействии ИИ в условиях повышенной температуры (>60^oC) резко возрастает темновой ток, что приводит к снижению отношения сигнал/шум и ухудшению других параметров мишени. При толщине слоя AsSbS₃ больше 0,1 мкм при воздействии ИИ и повышенной температуры (>60^oC) резко возрастает структурный шум мишени, что приводит к снижению отношения сигнал/шум.

Работа мишени видикона осуществляется следующим образом. Мишень видикона известным способом монтируется в колбе с электронным прожектором. На фоточувствительный слой проектируется световое изображение. Со стороны резистивного слоя мишень сканируется электронным пучком прожектора. Съем сигнала осуществляется с проводящего слоя мишени.

При нахождении мишени видикона в полях ИИ в условиях повышенной температуры окружающей среды в фоточувствительном слое образуются радиационно-индуцированные заряды, преобразуемые в видиконе в фоновый видеосигнал с повышенным уровнем флюктуаций (шумов), снижающий отношение сигнал/шум.

Поскольку толщина слоев AsSbS₃ и As₂Se₃ выбрана в указанных пределах, удалось повысить отношение сигнал/шум при воздействии ИИ (на 12 дБ и более при мощности дозы γ-излучения 200 Р/с) в условиях температуры окружающей среды до 80^oC.

Следует отметить, что выполнение мишени видикона с резистивным слоем на основе AsSbS₃ толщиной (0,04 - 0,1) мкм, примыкающим к фоточувствительному слою CdSe и слоем на основе As₂S₃, примыкающим к слою на основе AsSbS₃, имеет еще два дополнительных преимущества, особенно важных для работы в телевизионных системах повышенной четкости при мощных дозовых нагрузках ИИ в условиях повышенной температуры окружающей среды.

Во-первых, отмечено повышение глубины модуляции на 20-25% в условиях повышенной температуры окружающей среды.

Во-вторых, темновой ток таких мишеней и остальные параметры не изменяются после облучения дозой γ-излучения источника 60, равной 2•10⁸ рад(Si) в условиях повышенной температуры окружающей среды, что особенно важно применительно к ядерной энергетике, так как при этом увеличиваются ресурс работы, надежность и долговечность мишеней видиконов.

Использование: в телевизионной технике. В телевизионных камерах на ядерных энергетических установках. Предложенная мишень видикона содержит подложку, проводящий слой, фоточувствительный слой на основе селенида кадмия CdSe, резистивный слой. Толщина фоточувствительного слоя d определяется из соотношения где α(λ) - коэффициент поглощения света материалом фоточувствительного слоя на длине волны λ = λ_max; λ_max - красная граница поглощения. Резистивный слой выполнен двухслойным. Первый слой - на основе AsSbS₃ толщиной (0,04 ... 0,1) мкм, примыкающий к фоточувствительному слою CdSe, второй слой - на основе As₂Se₃, примыкающий к первому. Технический результат - увеличение ресурса работы, надежность и долговечность мишеней видиконов.

Мишень видикона, содержащая подложку, проводящий слой, фоточувствительный слой на основе селенида кадмия CdSe, толщина которого d определяется из соотношения

где α(λ) - коэффициент поглощения света материалом фоточувствительного слоя на длине волны λ = λ_max;
λ_max - красная граница поглощения,
и резистивный слой, отличающаяся тем, что резистивный слой содержит слой на основе AsSbS₃ толщиной (0,04 ... 0,1) мкм, примыкающий к фоточувствительному слою CdSe, и слой на основе As₂Se₃, примыкающий к слою на основе AsSbS₃.