ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВИДИКОН Российский патент 2000 года по МПК H01J31/26 H01J31/49 

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к пироэлектрическим видиконам (пировидиконам).

Известен пировидикон, содержащий в вакуумированной колбе входное окно, прозрачное в инфракрасной области спектра, электронную пушку с системой отклонения и фокусировки электронного пучка и пироэлектрическую мишень, включающую несущую диэлектрическую подложку из пленки лавсана или другого материала с малой теплопроводностью, толщиной 1-5 мкм, на которую со стороны электронной пушки нанесена сплошная металлическая пленка толщиной приблизительно 0,1 мкм, являющаяся сигнальным электродом, на котором расположены островки пироэлектрического материала, например триглицинсульфата (ТГС) или его производных ("Достижения в технике передачи и воспроизведения изображений". Под редакцией Кейзана, т.3. - М.: Мир, 1978). Инфракрасное изображение через входное окно проецируется на мишень. Инфракрасное излучение проходит через лавсановую пленку, поглощается в металлическом сигнальном электроде и вызывает его локальный нагрев, а за счет теплопроводности - и нагрев пироэлектрического материала.

Основным недостатком такого пировидикона является ограничение разрешающей способности, связанное с растеканием тепла вдоль мишени по сплошному сигнальному электроду. Разрешающая способность такого пировидикона составляет 400 телевизионных линий на диаметр мишени.

В этом пировидиконе поверхность элементов мишени, обращенная к электронному пучку, имеет отрицательный потенциал относительно катода электронной пушки, а сигнальный электрод - положительный потенциал.

Электроны сканирующего электронного пучка могут достигать сигнального электрода в промежутках между элементами. Количество электронов, достигших сигнального электрода через промежутки между элементами мишени, зависит от потенциала на поверхности элементов мишени, который в свою очередь зависит от температуры элементов, так как они выполнены из пироэлектрического материала, а температура - от количества поглощенной энергии инфракрасного излучения. В известном пировидиконе реализуется механизм считывания видеосигнала с последующим усилением внешним усиливающим устройством, которое неизбежно имеет значительный уровень входного шума. Поэтому вторым недостатком известного пировидикона является невысокое значение его чувствительности.

Задачей настоящего изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности пировидикона.

Указанная задача решается тем, что в пировидиконе, содержащем в вакуумированной колбе входное окно, прозрачное в инфракрасной области спектра, электронную пушку с системой отклонения и фокусировки электронного пучка и пироэлектрическую мишень, включающую несущую диэлектрическую подложку, сигнальный электрод и пироэлектрический слой, состоящий из отдельных дискретных элементов, пироэлектрическая мишень дополнительно содержит поглощающий слой, состоящий из отдельных дискретных элементов, нанесенных на поверхность диэлектрической подложки, подложка и сигнальный электрод выполнены перфорированными сквозными щелевидными отверстиями, расположенными между дискретными элементами пироэлектрического слоя, входное окно выполнено из материала с коэффициентом вторичной эмиссии, большим единицы, пировидикон дополнительно содержит коллектор вторичных электронов, расположенный между входным окном и мишенью.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение предлагаемого пировидикона в разрезе, где 1 - вакуумированная колба, 2 - входное окно, 3 - коллектор вторичных электронов, 4 - пироэлектрическая мишень, 5 - дискретные элементы поглощающего слоя, 6 - несущая диэлектрическая подложка, 7 - сигнальный электрод, 8 - дискретные элементы пироэлектрического слоя, 9 - отверстия в мишени, 10 - система отклонения и фокусировки электронного пучка, 11 - электронная пушка.

На фиг. 2 приведено схематическое изображение пироэлектрической мишени в разрезе, где 5 - дискретные элементы поглощающего слоя, 6 - несущая диэлектрическая подложка, 7 - сигнальный электрод, 8 - дискретные элементы пироэлектрического слоя, 9 - отверстия в мишени.

Предлагаемый пировидикон содержит в вакуумированной колбе 1 входное окно 2, прозрачное для инфракрасного излучения, например из германия, пироэлектрическую мишень 4, включающую поглощающий слой 5, несущую диэлектрическую подложку 6, сигнальный электрод 7 и дискретные элементы пироэлектрического слоя 8. Входное окно выполнено из материала с коэффициентом вторичной эмиссии, большим единицы. Между входным окном и мишенью расположен коллектор вторичных электронов 3. Предлагаемый видикон содержит также систему отклонения и фокусировки электронного пучка 10 и электронную пушку 11.

Сквозные отверстия 9 имеют щелевидную форму и расположены так, чтобы отделить элементы пироэлектрического материала 8 друг от друга. Размер пироэлектрического элемента должен быть 15-40 мкм. Нижний предел ограничивается длиной волны инфракрасного излучения (15 мкм), а верхний - разрешающей способностью мишени.

Пироэлектрический слой выполняется из триглицинсульфата (ТГС) или его производных, толщиной не более 20 мкм. Вместо ТГС возможно использование напыляемых в вакууме тонкопленочных пироэлектрических материалов, например цирконата-титаната калия-лития, или органического пироэлектрического материала толщиной примерно 2 мкм. Более тонкая пленка имеет большую емкость, что уменьшает потенциальный рельеф и снижает чувствительность. Большая толщина приводит к увеличению теплоемкости пленки и тоже к потере чувствительности.

Сигнальный электрод повторяет топологию подложки. Толщина сигнального электрода 6 из нихрома 0,1 мкм выбрана из соображений достаточной электропроводности, коэффициентов поглощения и отражения инфракрасного излучения и малой теплопроводности.

Несущая диэлектрическая подложка 6 должна быть достаточно прочной при минимальной теплопроводности и теплоемкости. Этим требованиям отвечают пленки лавсана, полиимида или целлюлозы толщиной 0,5 мкм.

Поглощающий слой 5, состоящий из отдельных дискретных элементов, нанесенных на поверхность диэлектрической подложки, должен иметь максимальный коэффициент поглощения при минимальной теплоемкости. Для пленок нихрома толщиной 0,15 мкм достигнуты оптимальные параметры как по поглощению, так и по теплоемкости.

Предлагаемый пировидикон работает следующим образом.

Электронная пушка 11 пировидикона формирует электронный пучок, который сканирует мишень с помощью отклоняющей системы 10.

Электронный пучок подходит к поверхности дискретных элементов пироэлектрического слоя 8. Отрицательный потенциал поверхности слоя 8 поддерживается за счет оседания наиболее быстрых "горячих" электронов из пучка. Большая часть электронов из пучка не может достичь поверхности дискретных элементов слоя 8.

Инфракрасное излучение проходит сквозь прозрачное входное окно 2 и фокусируется на мишени 4. Дискретные элементы поглощающего слоя 5 поглощают его и нагреваются. Дискретный элемент, на который попадает больше излучения, нагревается до большей температуры. Посредством теплопроводности между слоями нагревается соответствующий дискретный элемент пироэлектрического слоя 8, при этом сквозные щелевидные отверстия препятствуют растеканию тепла на соседние дискретные элементы. При нагревании пироэлектрический материал изменяет свою внутреннюю поляризацию и на его свободной поверхности, обращенной к электронной пушке 11, возникает электрический заряд, создающий потенциальный рельеф. На сигнальном электроде 7 потенциал устанавливают регулировкой источника питания приблизительно от +5 В до +10 В так, чтобы электроны из электронной пушки 11 могли частично проходить в сквозные отверстия 9. При этом число прошедших электронов зависит от потенциала на поверхности дискретных элементов пироэлектрического материала 8. Поверхности дискретных элементов пироэлектрического материала 8 заряжаются осевшими на них электронами до отрицательного потенциала до тех пор, пока электроны не начнут отталкиваться от поверхности. При этом сохраняется узкий канал в отверстии 9, через который электроны могут пройти сквозь мишень. Ширина этого канала зависит от потенциала на поверхности ближайших дискретных элементов пироэлектрического материала 8, который зависит от падающего на дискретный элемент излучения. Прошедшие через мишень электроны образуют сигнал.

Заряд прошедших электронов больше заряда на дискретных элементах пироэлектрического материала 8, так как электронный луч не достигает поверхности дискретных элементов 8 и не стирает пироэлектрический заряд. Через отверстие проходит значительно большее количество электронов, образующих сигнал, чем количество электронов, достигших поверхности дискретных элементов 8, компенсирующих заряд на пироэлектрическом материале. Достигнутый коэффициент усиления сигнала равен 10-100.

Прошедшие электроны бомбардируют входное окно 2, из которого выходят вторичные электроны. Количество вторичных электронов больше, чем первичных. Таким образом происходит дополнительное усиление сигнала. Вторичные электроны собираются коллектором 3. При необходимости дальнейшего усиления коллектор 3 может служить первым элементом (динодом) вторично-электронного умножителя с многодинодной системой усиления, который может дополнительно усилить сигнал в 10-100 раз. Коэффициент усиления одного каскада вторично-электронного усилителя равен 10, а общий коэффициент усиления может быть 100 и более.

В результате достигается значительный уровень сигнала пировидикона, что обеспечивает существенное превышение его сигнала над уровнем входного шума усиливающего радиоэлектронного устройства. Чувствительность возрастает в 100-1000 раз.

Разрешающая способность в предлагаемом пировидиконе повышается до 500-600 телевизионных линий.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в пироэлектрических видиконах. Техническим результатом является повышение разрешающей способности и чувствительности. Видикон содержит в вакуумированной колбе входное окно, прозрачное в инфракрасной области спектра, электронную пушку с системой отклонения и фокусировки электронного пучка и пироэлектрическую мишень, включающую несущую диэлектрическую подложку, сигнальный электрод и пироэлектрический слой, состоящие из отдельных дискретных элементов. 2 ил.

Пироэлектрический видикон, содержащий в вакуумированной колбе входное окно, прозрачное в инфракрасной области спектра, электронную пушку с системой отклонения и фокусировки электронного пучка и пироэлектрическую мишень, включающую несущую диэлектрическую подложку, сигнальный электрод и пироэлектрический слой, состоящий из отдельных дискретных элементов, отличающийся тем, что пироэлектрическая мишень дополнительно содержит поглощающий слой, состоящий из отдельных дискретных элементов, при этом несущая диэлектрическая подложка выполнена со сквозными щелевидными отверстиями, расположенными между дискретными элементами пироэлектрического слоя, также выполненного со сквозными отверстиями, отделяющими дискретные элементы пироэлектрического слоя друг от друга, дискретные элементы поглощающего слоя предназначены для поглощения инфракрасного излучения и нагревания с нагреванием соответствующих дискретных элементов пироэлектрического слоя посредством теплопроводности между слоями для обеспечения возникновения потенциала на поверхности дискретных элементов пироэлектрического слоя, чтобы электроны от электронной пушки, предназначенной для образования сигнала, проходили сквозь мишень через отверстия диэлектрической подложки, сигнального электрода и пироэлектрического слоя, входное окно выполнено из материала с коэффициентом вторичной эмиссии, большим единицы, видикон дополнительно содержит коллектор вторичных электронов, расположенный между входным окном и мишенью.