Способ подачи питающих напряжений на электронно-оптический преобразователь и устройство для его осуществления Российский патент 2018 года по МПК H01J31/50 

Предлагаемая группа изобретений относится к способу подачи импульсного питающего напряжения на электронно оптический преобразователь и устройству для его осуществления, а именно, к электронно оптическим преобразователям (ЭОП) с микроканальной пластиной

Предлагаемая группа изобретений может быть использована в научной аппаратуре и медицинской технике, а также в приборах ночного видения для увеличения динамического диапазона.

Применение импульсного питания ЭОП, часто называемого «стробированием», используют в системах регистрации быстропротекающих оптических процессов, в научных приборах, медицинской технике и в приборах ночного видения для увеличения динамического диапазона.

Известны способы импульсного питания ЭОП, при которых импульсное напряжение подают либо только на фотокатод, либо только на микроканальную пластину, либо одновременно на фотокатод и микроканальную пластину.

Наибольшее распространение, на данный момент, получило стробирование по фотокатоду.

Известен способ стробирования по фотокатоду, осуществляемый.в скоростной камере «dicam pro» компании РСО AG (http://www.pco.de/intensified-cameras/dicam-pro/),

Недостатком известного способа и конструкции является необходимость наличия внешнего или внутреннего перестраиваемого задающего генератора способного формировать короткие низковольтные импульсы управления и высоковольтный усилитель способный усиливать эти импульсы с необходимостью формирования (для коротких времен) крутых переднего и заднего фронтов выходного импульса.

Известен способ подачи импульсного питающего напряжения на электронно оптический преобразователь, заключающийся в поочередной подаче положительных и отрицательных импульсов напряжения на фотокатод ЭОП и изменение длительности импульсов в зависимости от величины тока экрана или микроканальной пластиной, т.е. от величины освещенности фотокатода, (патент US №5146077 от 08.09.1992)

Недостатками известного технического решения являются:

относительная сложность плавного управления длительностью импульсов в диапазоне ультракоротких времен,

необходимость формирования крутых переднего и заднего фронтов импульсов, что влечет за собой усложнение конструкции формирователя и повышенное потребление тока, что важно для портативных приборов.

Известно одновременное стробирование по фотокатоду и по микроканальной пластине.

Известен способ подачи питающих напряжений на электронно-оптический преобразователь, заключающийся в периодической подаче на фотокатод импульсов положительного (или отрицательного) напряжения при фиксированном потенциале входа микроканальной пластины, в изменении длительности этого импульса, которая соответствует рабочему циклу электронно-оптического преобразователя (см.патент RU 2346353)

Двойное стробирование позволяет снизить потребление мощности без ухудшения характеристик прибора.

Недостатком известного технического решения является необходимость использования дополнительного высоковольтного коммутатора МКП.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ подачи питающих напряжений на электронно-оптический преобразователь, заключающийся в периодической подаче на фотокатод импульсов положительного (или отрицательного) напряжения при фиксированном потенциале входа микроканальной пластины, в изменении длительности этого импульса, которая соответствует рабочему циклу электронно-оптического преобразователя (http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/eta/II_TII0004E.pdf)

Известный способ обеспечивает работу прибора в более широком диапазоне освещенностей, чем другие известные способы.

Однако способ имеет недостатки:

- это относительная сложность создания высоковольтных импульсов с плавным управлением длительностью в диапазоне ультракоротких времен;

- необходимость формирования крутых, как переднего, так и заднего, фронтов импульсов, что влечет за собой усложнение конструкции ключа и повышенное потребление тока.

- выходной импульс высоковольтных формирователей отличается от входного импульса управления по длительности на величину задержек срабатывания от переднего и заднего фронтов импульса управления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство, реализующее способ подачи питающих напряжений на электронно-оптический преобразователь, содержащее источник питания экрана выход которого соединен с экраном электронно оптического преобразователя, источника питания микроканальной пластины, выход которого соединен с выходом микроканальной пластины вход которой соединен с общим проводом, источник базового напряжения фотокатода положительный вывод которого соединен через нагрузочный резистор с фотокатодом, генератор импульсов выход которого соединен со входом первого усилителя импульсов выход которого через первый разделительный конденсатор соединен с фотокатодом (см. http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/II_TII0004E.pdf)

Техническим результатом, решаемым группой изобретений, является создание способа подачи питающих напряжений на электронно-оптический преобразователь, позволяющего формировать короткие временные интервалы активной работы электронно-оптического преобразователя и упростить конструкцию устройства для его осуществления.

Технический результат в предлагаемом изобретение достигают созданием способа подачи питающих напряжений на электронно-оптический преобразователь, заключающегося в периодической подаче на фотокатод импульсов положительного (или отрицательного) напряжения при фиксированном потенциале входа микроканальной пластины, в изменении длительности этого импульса, которая соответствует рабочему циклу электронно-оптического преобразователя, в котором, согласно изобретению, на вход микроканальной пластины, дополнительно подают второй импульс напряжения аналогичный по амплитуде импульсу фотокатода с регулируемой задержкой, величину которой определяют между передними фронтами импульсов - первого на фотокатод и второго на микроканальной пластине.

Технический результат в предлагаемом изобретение, достигают созданием устройства импульсного питания электронно-оптического преобразователя, содержащего экран с источником питания, электрод, соединенный с одноименным выходом источника питания, микроканальную пластину с источником питания, выход которого соединен с выходом микроканальной пластины, фотокатод с источником базового питания, выход которого через нагрузочный резистор соединен с фотокатодом, генератор импульсов, выход которого соединен с входом первого усилителя импульсов, выход которого через первый разделительный конденсатор соединен с фотокатодом, в которое, согласно изобретению, дополнительно введены регулируемая линия задержки, второй усилитель импульсов, второй разделительный конденсатор и второй нагрузочный резистор, причем вход линии задержки соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с входом второго усилителя импульсов, выход которого через второй разделительный конденсатор соединен с входом микроканальной пластины который через второй нагрузочный резистор соединен общим выводом устройства 16.

Сущность предлагаемой группы изобретений поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами, где

На Фиг. 1 показана схема устройство импульсного питания электронно-оптического преобразователя

На Фиг. 2 приведен график изменения напряжений на фотокатоде и входе микроканальной пластины,, которые соответствуют предлагаемому способу подачи питающих напряжений на ЭОП.

Представленный график соответствует режиму с активным интервалом работы ЭОПа когда он включен и может регистрировать оптическое излучение.

Устройство импульсного питания электронно-оптического преобразователя содержит экран 1 с источником питания 2, электрод 3, соединенный с одноименным выходом источника питания, микроканальную пластину 4 с источником питания 5, выход которого соединен с выходом микроканальной пластины, фотокатод 6 с источником базового питания 7, выход которого через нагрузочный резистор 8 соединен с фотокатодом 6, генератор импульсов 9, выход которого соединен с входом первого усилителя импульсов 10, выход которого через первый разделительный конденсатор 11 соединен с фотокатодом 6, линия задержки 12, второй усилитель импульсов 13, второй разделительный конденсатор 14 и второй нагрузочный резистор 15.

Вход линии задержки 12 соединен с выходом генератора импульсов 9, а выход - с входом второго усилителя импульсов 13, выход которого через второй разделительный конденсатор 14 соединен с входом микроканальной пластины 4, который через второй нагрузочный резистор 15 соединен с общим выводом устройства 16.

Источник питания 2 содержит генератор импульсов 9 выход которого соединен со входом регулируемой линии задержки 12 и со входом первого усилителя импульсов 10 выход которого соединен через первый разделительный конденсатор 11 (С1) с фотокатодом 6 электронно оптического преобразователя.

Фотокатод 6, через нагрузочный резистор 8 (R1), так же соединен с положительным выводом источника базового напряжения 7

Выход регулируемой линии задержки 12 соединен со входом второго усилителя импульсов 13 выход которого через второй разделительный конденсатор 14 (С2) соединен со входом микроканальной пластины 4.

Вход микроканальной пластины 4, так же через второй нагрузочный резистор 15 (R2), соединен с общим проводом 16, а выход микроканальной пластины 4 соединен с положительным выводом источника питания микроканальной пластины 5. Положительный вывод источника питания 2 соединен с экраном 1 электронно-оптического преобразователя.

В исходном состоянии вход микроканальной пластины 4 находится под нулевым потенциалом, а на фотокатод 6 подано базовое напряжение положительной полярности (обычно в диапазоне 30-50 вольт).

В этом случае промежуток «фотокатод - вход микроканальной пластины» находится под обратным напряжением для электронов имитируемых фотокатодом 6 под воздействием квантов света и их движение в сторону микроканальной пластины 4 не возможно.

В момент поступления переднего фронта импульса управления на фотокатод 6, между ним и входом микроканальной пластины 4 появляется ускоряющий, для электронов, потенциал и они начинают двигаться в сторону микроканальной пластины 4, где происходит их дальнейшее умножение, тем самым начинается активный режим работы электронно-оптического преобразователя.

Через временной интервал t, вырабатываемый линией задержки 10, на вход микроканальной пластины 4 поступает передний фронт второго импульса управления амплитудно аналогичный импульсу фотокатода 6.

В промежутке «фотокатод - вход микроканальной пластины» вновь устанавливается запирающее для электронов напряжение, и активный режим работы электронно-оптического преобразователя заканчивается.

Регулировкой времени задержки (t) можно менять время активной работы электронно-оптического преобразователя. Величину время задержки (t) определяют между передними фронтами импульсов - первого на фотокатод и второго на микроканальной пластине экспериментальным путем.

На всей дальнейшей длительности импульсов управления промежуток «фотокатод - вход микроканальной пластины» находится под запирающим напряжением до поступления нового переднего фронта импульса управления фотокатодом.

Таким образом, способ подачи питающих напряжений на фотокатод и вход микроканальной пластины, задержанных друг относительно друга, позволяет относительно легко формировать короткие временные интервалы активной работы электронно-оптического преобразователя

Предлагаемое устройство, предназначенное для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом.

Для исходного состояния, когда электронно-оптический преобразователь находиться в закрытом, не активном, состоянии, при включении питании, на его электроды 3, от источников питания (2, 5, 7,), подают рабочие напряжения.

Причем фотокатод 6 находиться под базовым напряжением (обычно 30-50 вольт) положительным по отношению ко входу микроканальной пластины 4, который через нагрузочный резистор 8(R1) соединен с общим потенциалом. Положительное (относительно входа микроканальной пластины) базовое напряжение на фотокатоде 6 создает запирающий потенциал для имитируемых фотокатодом 6 электронов и электронно-оптический преобразователь оказывается запертым.

Рабочий режим начинается, когда генератор импульсов 9 (или внешнее устройство) вырабатывает импульс управления (который может быть как фиксированной, так и переменной длительности).

Далее импульс управления поступает на вход первого усилителя импульсов 10, где его усиливают до напряжения 180-250 В (в зависимости от типа электронно-оптического преобразователя).

Этот, отрицательной полярности, импульс с выхода усилителя импульсов 10 через разделительный конденсатор 11 (С1) поступает на фотокатод 6 соединенный через нагрузочный резистор 8 (R1) с базовым напряжением.

В результате напряжение на фотокатоде 6 опускается до примерно -200 В и тем самым формируются условия для активного режима электронно-оптического преобразователя и генерируемые светом фотоэлектроны могут достигать микроканальной пластины 4.

Одновременно импульс управления, с выхода генератора, поступает на вход линии задержки 12, где задерживается на заданное (выбираемое в зависимости от технических возможностей электронно-оптический преобразователь) время t

Задержанный импульс поступает на вход второго усилителя импульсов 13, где усиливается до параметров аналогичных импульсу на выходе первого усилителя 10.

Этот импульс, через разделительный конденсатор 14 (С2), поступает на вход микроканальной пластины 4, находящемся через резистор R2 под общим потенциалом.

Таким образом, через установленное время t между фотокатодом и входом микроканальной пластины вновь устанавливается потенциал, запрещающий пролет электронов.

Активный режим работы на этом заканчивается и он не зависит от длительности самих импульсов управления (если она не короче установленной задержки).

По окончании действия импульсов на электродах 3 электронно-оптического преобразователя вновь устанавливается исходный потенциал до прихода очередного импульса управления.

Изобретение относится к области электронной техники. Способ подачи питающих напряжений на электронно-оптический преобразователь заключается в периодической подаче на фотокатод импульсов положительного или отрицательного напряжения при фиксированном потенциале входа микроканальной пластины, в изменении длительности этого импульса, которая соответствует рабочему циклу электронно-оптического преобразователя, на вход микроканальной пластины, причем на вход микроканальной пластины дополнительно подают второй импульс напряжения, аналогичный по амплитуде импульсу фотокатода с регулируемой задержкой, величину временного интервала которой определяют между передними фронтами первого импульса, подаваемого на фотокатод, и второго импульса, подаваемого на микроканальную пластину. Технический результат - увеличение динамического диапазона, возможность формировать короткие временные интервалы активной работы электронно-оптического преобразователя. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ подачи питающих напряжений на электронно-оптический преобразователь, заключающийся в периодической подаче на фотокатод импульсов положительного (или отрицательного) напряжения при фиксированном потенциале входа микроканальной пластины, в изменении длительности этого импульса, которая соответствует рабочему циклу электронно-оптического преобразователя, отличающийся тем, что на вход микроканальной пластины дополнительно подают второй импульс напряжения, аналогичный по амплитуде импульсу фотокатода с регулируемой задержкой, величину временного интервала которой определяют между передними фронтами первого импульса, подаваемого на фотокатод, и второго импульса, подаваемого на микроканальную пластину.

2. Устройство подачи питающих напряжений на электронно-оптический преобразователь, содержащее экран с источником питания, электрод, соединенный с одноименным выходом источника питания, микроканальную пластину с источником питания, выход которого соединен с выходом микроканальной пластины, фотокатод с источником базового питания, выход которого через нагрузочный резистор соединен с фотокатодом, генератор импульсов, выход которого соединен с входом первого усилителя импульсов, выход которого через первый разделительный конденсатор соединен с фотокатодом, отличающееся тем, что в него дополнительно введены регулируемая линия задержки, второй усилитель импульсов, второй разделительный конденсатор и второй нагрузочный резистор, причем вход линии задержки соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с входом второго усилителя импульсов, выход которого через второй разделительный конденсатор соединен с входом микроканальной пластины, который через второй нагрузочный резистор соединен с общим выводом устройства.