РАСТРОВЫЙ ПРИЕМНИК ИНФРАКРАСНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ С ВНУТРЕННИМ УСИЛЕНИЕМ Российский патент 2011 года по МПК G01J1/00 H01J31/52 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для преобразования инфракрасного излучения в видимое излучение или в электрический сигнал.

Из уровня техники известен электронно-оптический преобразователь изображения с тонкопленочной пироэлектрической мишенью (далее пироЭОП), которая имеет щелевидные отверстия для модуляции вспомогательного однородного потока электронов (патент России №2160479).

В качестве прототипа выбрано устройство указанного выше пироЭОПа, которое содержит в вакуумированной колбе входное окно, прозрачное в инфракрасной области спектра, источник однородного потока электронов, представляющий собой фотокатод, расположенный на внутренней поверхности входного окна, выполненный из материала, слабо поглощающего инфракрасное излучение, и освещенный вспомогательным источником света или автоэмиссионный катод, пироэлектрическую мишень со сквозными щелевидными отверстиями, включающую в себя пироэлектрический слой из отдельных дискретных элементов, управляющий тонкопленочный электрод и несущую диэлектрическую пленку, выполненные непрерывными со сквозными щелевидными отверстиями, и поглощающий слой из отдельных дискретных элементов, расположенные друг за другом по направлению от входного окна к устройству регистрации двумерного электронного изображения [1].

Недостатком известного пироЭОПа является низкая равномерность разрешающей способности по полю изображения. Совокупность электродов этого прибора представляет собой осесимметричную электронную линзу, которая фокусирует электронный поток, прошедший через мишень на люминесцентный экран. Качество фокусировки этого потока определяет параметры прибора по пространственному разрешению (по полю изображения). Аберрации, присущие осесимметричным электронным линзам, не позволяют получить хорошее разрешение по полю изображения.

Это проблема для всех электронно-оптических преобразователей (ЭОП), использующих электронные линзы. Самый распространенный путь решения этой проблемы - это придать форму сферы либо фотокатоду, либо аноду, либо и тому и другому, поскольку поверхность наилучшей фокусировки электронной осесимметричной линзы близка к сферической.

Но этот путь не подходит, если фотокатод принципиально может быть только плоским (кремниевая пластина), в нашем случае это плоская тонкопленочная многослойная пироэлектрическая мишень. В работе [2] было предложено введение мелкоструктурной сетки сферической формы в отверстие анодной диафрагмы. Это позволило авторам улучшить разрешение по полю изображения при наличии плоского фотокатода. Но в краевой зоне разрешение все же было хуже в два раза, чем в центральной зоне.

Заявленное техническое решение позволяет улучшить этот параметр. Для решения этой задачи в известный растровый приемник (чертеж) инфракрасного изображения с внутренним усилением, содержащий в вакуумированной колбе последовательно расположенные входное окно 1, прозрачное в инфракрасной области спектра, источник однородного потока электронов, представляющего собой фотокатод, расположенный на внутренней поверхности входного окна, выполненный из материала, слабо поглощающего инфракрасное излучение, тонкопленочную многослойную пироэлектрическую мишень 2, фокусирующий электрод 3, сетчатый электрод 4, анод 5, устройство регистрации двумерного электронного изображения (экран) 6, порядок расположения перечисленных выше элементов прибора указан по направлению от входного окна к экрану. Фотокатод имеет подсветку, которая может быть выполнена, в частности, в виде светодиода. Сетчатый электрод представляет собой мелкоструктурную сетку, закрепленную на кольцевом электроде. Оптимальная форма поверхности сетки выбиралась с помощью компьютерного моделирования. Было установлено, что введение формы поверхности сетки с переменным радиусом кривизны позволяет улучшить разрешение по полю по сравнению со сферической формой, причем эта оптимальная форма зависит от других конструктивных особенностей прибора - размера плоской мишени, размера люминесцентного экрана, длины прибора, конфигураций электродов и электрических режимов работы прибора. И чем больше возможностей по их варьированию, тем лучше результат.

Вариантом изобретения является соединение сеточного электрода с анодом, чтобы не вводить в прибор лишний высоковольтный вывод.

Форма сетки в виде сегмента эллипсоида вращения оказалась оптимальной. Это позволило увеличить разрешение по полю изображения на 20% по сравнению со сферической сеткой и обеспечить высокое разрешение, в том числе и на краях изображения.

Растровый приемник работает следующим образом. Инфракрасное изображение проецируется на фотокатод. Тепловая энергия ИК-изображения поглощается в мишени, происходит поляризация пироэлектрика. На мишени появляется потенциальный рельеф, соответствующий изображению. Фотокатод, освещенной источником света, испускает поток электронов. Распределение зарядов на мишени модулирует поток электронов с фотокатода. Конфигурация введенного сетчатого электрода позволяет добиться того, чтобы промодулированные пучки электронов сходились в точки на всей поверхности экрана - устройства регистрации двумерного изображения. Таким образом, формируемое на экране изображение является четким на всей своей площади.

На выходе прибора формируется видимое изображение. Изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено с применением известных технологий.

Литература

1. Патент России №2160479.

2. Федоров В.Ю., Кулакова Р.И. и др. Электронно-оптические преобразователи с сеточными электродами. Специальная техника №5, 2002 г., Москва.

Изобретение относится к преобразователям инфракрасного излучения и может быть использовано для преобразования инфракрасного изображения в видимый сигнал. Растровый приемник инфракрасного изображения с внутренним усилением содержит источник однородного потока электронов, представляющий собой фотокатод, расположенный на внутренней поверхности входного окна вакуумированной колбы и выполненный из материала, слабо поглощающего инфракрасное излучение, тонкопленочную многослойную пироэлектрическую мишень, фокусирующий электрод, анод и устройство регистрации двумерного электронного изображения. Между анодом и фокусирующим электродом расположен сетчатый электрод в виде криволинейной структуры с меняющимся радиусом кривизны. Изобретение позволяет повысить разрешающую способность по полю изображения и равномерность по полю чувствительности фотокатода. 1 ил.

1. Растровый приемник инфракрасного изображения с внутренним усилением, содержащий в вакуумированной колбе входное окно, прозрачное в инфракрасной области спектра, источник однородного потока электронов, представляющий собой фотокатод, расположенный на внутренней поверхности входного окна, выполненный из материала, слабо поглощающего инфракрасное излучение, тонкопленочную многослойную пироэлектрическую мишень, фокусирующий электрод, анод и устройство регистрации двумерного электронного изображения, отличающийся тем, что между анодом и фокусирующим электродом введен сетчатый электрод, причем сетчатый электрод, представляющий собой криволинейную структуру с меняющимся радиусом кривизны, выполнен из мелкоструктурной сетки.

2. Растровый приемник инфракрасного изображения с внутренним усилением по п.1, отличающийся тем, что поверхность сетчатого электрода выполнена в виде сегмента эллипсоида вращения.

3. Растровый приемник инфракрасного изображения по п.1, отличающийся тем, что сетчатый электрод имеет потенциал, равный потенциалу анода.