ИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК H01J31/50 

Предлагаемое устройство относится к области оптоэлектротехники и может быть использовано в комплексе с другими устройствами для получения возможности обнаружения объектов и обеспечения технологических операций с использованием электронно-оптических преобразователей (ЭОП) в широком диапазоне освещенности. Предлагаемое устройство позволяет повысить обнаружительную способность приборов ночного видения (ПНВ) в активно-импульсном режиме, обеспечить измерение расстояния до объектов наблюдения и уменьшить энергопотребление.

Известно устройство, содержащие блок вакуумный, умножители напряжений, формирователь импульсов фотокатода, генератор синусоидального сигнала, схему автоматической регулировки яркости и защиты от ярких засветок, устройство регулирования скважности импульсов (международная заявка WO 99/05473).

Недостатками данного устройства являются низкая стабильность яркости свечения экрана и разрешающей способности электронно-оптического преобразователя в широком диапазоне температур окружающей среды, характеристик блока вакуумного и значений освещенности фотокатода, в том числе и при резком изменении освещенности, вследствие низкой стабильности и низкой точности настройки выходных напряжений блока питания.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является электронно-оптический преобразователь, содержащий блок вакуумный с экраном, микроканальной пластиной и фотокатодом, умножители экрана, микроканальной пластины, фотокатода, формирователь импульсов напряжения фотокатода, устройство регулирования скважности импульсов, устройство автоматического регулирования яркости экрана и защиты от ярких засветок, трансформатор, генератор импульсов с устройствами регулировки, устройство обратной связи, последовательный элемент в цепи напряжения микроканальной пластины (патент США №5949063).

Недостатками наиболее близкого технического решения являются низкая стабильность яркости свечения экрана и разрешающей способности электронно-оптического преобразователя в широком диапазоне температур окружающей среды, характеристик блока вакуумного и значений освещенности фотокатода, в том числе и при резком изменении освещенности. Указанные недостатки возникают из-за низкой стабильности и низкой точности настройки выходных напряжений блока питания. Это - следствие того, что для управления работой устройства используется аналоговая схема, кроме того, устройство имеет общий источник питания для формирования напряжений экрана, микроканальной пластины и фотокатода.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности яркости свечения экрана и разрешающей способности электронно-оптического преобразователя в широком диапазоне температур окружающей среды, характеристик блока вакуумного и значений освещенности фотокатода, в том числе и при резком изменении освещенности, путем повышения точности настройки и стабильности выходных напряжений блока питания.

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее блок вакуумный с микроканальной пластиной, экраном, фотокатодом и блок питания с умножителями микроканальной пластины, экрана, фотокатода, при этом первый вход микроканальной пластины соединен с первым выходом умножителя микроканальной пластины, вход экрана соединен с первым выходом умножителя экрана, вход фотокатода соединен с первым выходом умножителя фотокатода, введен блок ключевой, содержащий преобразователь напряжения, первый микроконтроллер, формирователь импульсов, в блок питания введены аналого-цифровой преобразователь, второй микроконтроллер, усилитель, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, усилители микроканальной пластины и экрана, при этом выход преобразователя напряжений соединен с первыми входами первого микроконтроллера, формирователя импульсов, второго микроконтроллера, первого и второго цифроаналоговых преобразователей, усилителя, усилителей микроканальной пластины и экрана, второй вход первого микроконтроллера соединен с первым выходом второго микроконтроллера, выход первого микроконтроллера соединен со вторым входом формирователя импульсов, третий вход формирователя импульсов соединен со вторым выходом умножителя фотокатода, четвертый вход формирователя импульсов соединен с первым выходом умножителя микроканальной пластины, выход формирователя импульсов соединен со входом фотокатода, второй вход второго микроконтроллера соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй и третий выходы второго микроконтроллера соединены со вторыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя, вторые входы усилителей микроканальной пластины и экрана соединены с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход усилителя микроканальной пластины соединен со входом умножителя микроканальной пластины, выход усилителя экрана соединен со входами умножителей экрана и фотокатода, второй выход умножителя экрана соединен со вторым входом усилителя, второй выход умножителя микроканальной пластины соединен со вторым входом микроканальной пластины, вход преобразователя напряжений соединен с источником питания, третий вход первого микроконтроллера соединен с шиной данных.

При изменении светового потока на фотокатоде импульсного электронно-оптического преобразователя сигнал, пропорциональный току экрана, поступает на усилитель блока питания, а с усилителя - на аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера блока питания. Код аналого-цифрового преобразователя используется микроконтроллером блока питания для анализа режима работы импульсного электронно-оптического преобразователя и передачи данных в микроконтроллер блока ключевого. В соответствии с полученными данными, микроконтроллер блока ключевого изменяет длительность и период следования управляющих сигналов, поступающих на формирователь импульсов. Формирователь импульсов формирует высоковольтные напряжения на фотокатоде блока вакуумного, стабилизируя ток экрана блока вакуумного и защищая его от протекания чрезмерных токов. При достижении предельных значений параметров управляющих импульсов микроконтроллера блока ключевого стабилизация тока экрана осуществляется микроконтроллером блока питания за счет изменения напряжения микроканальной пластины. Таким образом обеспечиваются стабильность яркости свечения экрана, защита импульсного электронно-оптического преобразователя от протекания чрезмерных токов при ярких световых вспышках и достигается сохранение разрешающей способности импульсного электронно-оптического преобразователя за счет сохранения номинального значения напряжения микроканальной пластины в большей части рабочего диапазона освещенности фотокатода. Настройка параметров и программирование микроконтроллеров импульсного электронно-оптического преобразователя осуществляются посредством последовательной шины данных.

Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения. Импульсный электронно-оптический преобразователь с заявляемой совокупностью существенных признаков в известных источниках информации также не обнаружен.

На рисунке представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Импульсный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) содержит блок ключевой, включающий преобразователь напряжений 1, первый микроконтроллер (МК) 2, формирователь импульсов 3; блок питания, включающий второй микроконтроллер 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, первый и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 6 и 7, усилитель 8, усилитель микроканальной пластины (МКП) 9, усилитель экрана 10, умножитель микроканальной пластины (МКП) 11, умножитель экрана 12, умножитель фотокатода 13; блок вакуумный, включающий экран 14, микроканальную пластину (МКП) 15 и фотокатод 16.

Преобразователь напряжений 1 формирует функциональное напряжение, необходимое для работы элементов, входящих в состав импульсного ЭОП. Первый микроконтроллер 2 предназначен для управления режимами работы блока питания и формирования импульсов управления формирователя импульсов 3. Формирователь импульсов 3 служит для формирования импульсов на фотокатоде 16. АЦП 5 и второй микроконтроллер 4 предназначены для управления режимами работы блока питания и корректировки выходных напряжений в зависимости от внешних воздействующих факторов. Первый 6 и второй 7 ЦАП задают режим работы усилителю МКП 9 и усилителю экрана 10. Усилитель 8 предназначен для формирования сигнала, пропорционального яркости экрана 14, который затем подается на АЦП 5. Усилитель МКП 9 предназначен для формирования синусоидального напряжения, которое затем подается на умножитель МКП 11. Усилитель экрана 10 предназначен для формирования синусоидального напряжения, которое затем подается на умножитель экрана 12. Умножитель МКП 11 формирует высокое постоянное напряжение Uмкп. Умножитель экрана 12 формирует высокое постоянное напряжение Uэ. Умножитель фотокатода 13 формирует высокое постоянное напряжение Uфк. Блок вакуумный преобразует электронные сигналы в оптическое излучение или в изображение, доступное для восприятия человеком.

Импульсный ЭОП работает следующим образом. Напряжение питания U_пит подается на преобразователь напряжений 1, где формируется стабильное напряжение. Первый микроконтроллер 2 формирует необходимые управляющие сигналы для формирователя импульсов 3, в зависимости от данных, которые поступают по шине 1 и со второго микроконтроллера 4. Формирователь импульсов 3 из напряжения блока питания U₁ формирует высоковольтные импульсы Uфк, которые поступают на фотокатод 16. Второй микроконтроллер 4, в зависимости от значения кода АЦП 5, температуры окружающей среды и установленных первоначальных значений, выдает на первый ЦАП 6 и второй ЦАП 7 управляющие коды. Первый ЦАП 6 управляет усилителем экрана 10, таким образом производится регулировка величины напряжения Uэ. Второй ЦАП 7 управляет усилителем МКП 9, таким образом производится регулировка величины напряжения Uмкп. Умножитель МКП 11 преобразует выходное напряжение усилителя МКП 9 и формирует постоянное напряжение Uмкп, которое поступает на МКП 15 и формирователь импульсов 3. Умножитель экрана 12 преобразует выходное напряжение усилителя экрана 10 и формирует постоянное напряжение Uэ, которое поступает на экран 14. Умножитель фотокатода 13 преобразует выходное напряжение усилителя экрана 10 и формирует постоянное напряжение Uфк, которое поступает на фотокатод 16, и постоянное напряжение U₁, которое поступает на формирователь импульсов. Для контроля параметров блока вакуумного используется сигнал, пропорциональный току экрана, этот сигнал преобразуется усилителем 8 и поступает на вход АЦП 5, на выходе которого формируется цифровой код, считываемый вторым микроконтроллером 4. Код АЦП 5 используется вторым микроконтроллером 4 для анализа режима работы импульсного ЭОП и передачи данных в первый микроконтроллер 2. В соответствии с полученными данными, первый микроконтроллер 2 изменяет длительность и период следования управляющих сигналов, поступающих на формирователь импульсов 3. Формирователь импульсов 3 формирует высоковольтные напряжения на фотокатоде 16, стабилизируя ток экрана 14 и защищая его от протекания чрезмерных токов. При достижении предельных значений параметров управляющих импульсов первого микроконтроллера 2 стабилизация тока экрана осуществляется вторым микроконтроллером 4 за счет изменения напряжения МКП 15. При увеличении скважности высоковольтных импульсов Uфк уменьшается поток фотоэлектронов с фотокатода 16, попадающих на вход МКП 15, что позволяет стабилизировать интегральную яркость свечения экрана 14 и ограничить ее максимальное значение при повышении освещенности, не меняя коэффициент усиления МКП 15 и сохраняя разрешающую способность импульсного ЭОП. С другой стороны, при неизменной скважности высоковольтных импульсов Uфк, стабилизация яркости экрана 14, при увеличении освещенности, достигается уменьшением напряжения МКП 15, так как уменьшается количество электронов, попадающих с выхода МКП 15 на экран 14.

Таким образом, применение цифрового управления и раздельных каналов формирования напряжений микроканальной пластины и экрана позволяет повысить точность настройки выходных напряжений блока питания и обеспечить стабильность яркости свечения экрана и разрешающей способности импульсного электронно-оптического преобразователя в широком диапазоне температур окружающей среды, освещенности фотокатода и внутренних параметров блока вакуумного.

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение стабильности яркости свечения экрана и разрешающей способности устройства в широком диапазоне температур окружающей среды, характеристик блока вакуумного и значений освещенности фотокатода. Импульсный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) содержит блок ключевой, включающий преобразователь напряжений (1), первый микроконтроллер (2), формирователь импульсов (3); блок питания, включающий второй микроконтроллер (4), аналого-цифровой преобразователь (5), первый и второй цифроаналоговые преобразователи (6) и (7), усилитель (8), усилитель микроканальной пластины (9), усилитель экрана (10), умножитель микроканальной пластины (11), умножитель экрана (12), умножитель фотокатода (13); блок вакуумный, включающий экран (14), микроканальную пластину (15) и фотокатод (16). В устройстве применяется цифровое управление и разделены каналы формирования напряжений микроканальной пластины и экрана. 1 ил.

Импульсный электронно-оптический преобразователь, содержащий блок вакуумный, содержащий микроканальную пластину, экран, фотокатод, блок питания, содержащий умножители микроканальной пластины, экрана, фотокатода, при этом первый вход микроканальной пластины соединен с первым выходом умножителя микроканальной пластины, вход экрана соединен с первым выходом умножителя экрана, вход фотокатода соединен с первым выходом умножителя фотокатода, отличающийся тем, что в него введен блок ключевой, содержащий преобразователь напряжения, первый микроконтроллер, формирователь импульсов, в блок питания введены аналого-цифровой преобразователь, второй микроконтроллер, усилитель, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, усилители микроканальной пластины и экрана, при этом выход преобразователя напряжений соединен с первыми входами первого микроконтроллера, формирователя импульсов, второго микроконтроллера, первого и второго цифроаналоговых преобразователей, усилителя, усилителей микроканальной пластины и экрана, второй вход первого микроконтроллера соединен с первым выходом второго микроконтроллера, выход первого микроконтроллера соединен со вторым входом формирователя импульсов, третий вход формирователя импульсов соединен со вторым выходом умножителя фотокатода, четвертый вход формирователя импульсов соединен с первым выходом умножителя микроканальной пластины, выход формирователя импульсов соединен со входом фотокатода, второй вход второго микроконтроллера соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй и третий выходы второго микроконтроллера соединены со вторыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя, вторые входы усилителей микроканальной пластины и экрана соединены с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход усилителя микроканальной пластины соединен со входом умножителя микроканальной пластины, выход усилителя экрана соединен со входами умножителей экрана и фотокатода, второй выход умножителя экрана соединен со вторым входом усилителя, второй выход умножителя микроканальной пластины соединен со вторым входом микроканальной пластины, вход преобразователя напряжений соединен с источником питания, третий вход первого микроконтроллера соединен с шиной данных.