Устройство для электронно-оптической кадровой съемки Советский патент 1982 года по МПК H01J31/50 

(5ltJ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОЙ КАДРОВОЙ СЪЕМКИ

Изобретение относится к технике исследования быстрогч от«кающих процессов при электронно-впт 4ческой кадровой фотосъемке и момет быть использовано, например, при исследовании излучения миШени в уставляемом импульсном термоядерном синтезе, при лазерных исследованиях и т.д., где возникает необходимость кадровой съемки самосветящихся объектов. Известно устройство кадровой съемки на базе импульсного электронно-оптического преобразователя ПИМ, которое представляет собой электронно-оптический преобразователь (ЭОП), имеющий в районе кроссовера диафрагму с малым отверстием. Перед диафраг мой и после нее помещены передняя и задняя пара отклоняющих пластин. Передняя пара пластин вызывает движение кроссовера по диафрагме, экспо нируется только тот момент, когда электронное пятно совпадает с отверстием. При работе только передней пары пластин изображение двигается по экрану и смазывается, чтобы его остановить, используется вторая пара пластин, компенсирующая это движение (поэтому вся система получила название компенсированный затвор П. Недрстатками известного технического решения являются трудность получения точной компенсации движения изображения для высоких импульсных напряжений, что приводит к невозможности получения длительности экспозиции кадра короче ис, и малый динамический диапазон. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электроннооптической кадровой съемки, содержащее основной прямоугольный фотокатод и анодную пленку со слоем люминофора на подложке. Устройство выполнено на бипланарном ЭОПе, между ансдом и катодом которого прикладывается импульс напряжения длительностью 0,3 не и амплит дой 15 кВ 2. Недостатки такого устройства заключаются в трудности получения широкополосного согласования из-за во никновения резонансов и трудности получения коротких высоковольтных импульсов, что связано с паразитным реактивными параметрами ламп, конеч ным временем срабатывания разрядников и т.д. Кроме того, в нем ограничен динамический диапазон из-за большого времени пролета в камере. Цель изобретения - уменьшение ми нимального времени экспозиции и уве ичение динамического диапазона. Указанная цель достигается тен, что в устройстве для электронно-оптической кадровой съемки, содержащем основной прямоугольный фотокато и анодную пленку со слоем люминофора на подложке, на внешней по отношению к фотокатоду стороне подложки сформирован дополнительный фотокато и параллельно его плоскости располо жена сетка, имеющая ввод для соединения с положительным полюсом высок вольтного импульсного источника напряжения , а основной фотокатод и по ложка расположены параллельно с заз ром величиной d , определенной из соотношения щ m Z где е - заряд электрона, Hi - масса электрона , и - амплитуда импульса напряже ния на промежутке фотокатод анодная пленка , Т - время экспозиции. На чертеже схематично показано предлагаемое устройство. Устройство содержит основной пря моугольный фотокатод 1, анодную пле ку 2, нагрузочные сопротивления 3 и k, анодную сетку 5, сопротивление 6, шунтирующую емкость 7, оптическу систему 8, высокоомное сопротивление 9. Кроме того, на схеме показан границы рабочего поля АВ и А В . до полнительного поля устройства АС, зазор между основным фотокатбдом и анодной пленкой d и зазор между дополнительным фотокатодом и анодно сеткой d. Анодная пленка 2 выполнена как пленка люминофор-фотокатод и изготавливается из тонкого прозрачного жаростойкого материала, например слюды. Со стороны, которая обращена к основному фотокатоду 1, пленка покрывается слоем люминофора, а затем на нее наносится вакуумным напылением тонкий слой ализминия. Этот слой, во-первых, не пропускает свечения люминофора о(5ратно к основному фотокатоду, во-вторых, обеспечивает подачу напряжения к люминофору и, в-третьих, не пропускает медленных фотоэлектронов. С другой стороны слюды напыляется тонкая проводящая пленка, после чего на ней в вакууме формируется фотокатод. Расстояние между фотокатодом 1 и пленкой 2 определяется из условия, чтобы пролетное время -t было бы меньше времени экспозиции С. Устройство работает следующим образом. Если фотокатод анодной пленки 2 не освещен, то тока через промежуток между частью пленки АС и анодной сеткой 5 нет. Благодаря наличию высокоомного сопротивления 8 плеьжа 2 имеет относительно фотокатода 1 небольшой полсйкительный потенциал, Фотоэлектроны, порожденные излучением на фотокатоде 1, слабо ускоряются полем и попадают на пленку 2, имея небольшую энергию. Электроны небольшой энергии не могут пробить алюминиевое покрытие и возбудить люминофор, поэтому на фотокатод пленки 2 свет не попадает и тем сакым фотоэлектроны пленкой не излучаются - затвор заперт. При освещении участка СА импульсом света между фотокатодом 1 и пленкой 2 возникает импульс тока, и следовательно, в линии передачи, образованной фотокатсдом 1 и пленкой 2, возникает импульс напряжения, который распространяется вдоль линии вправо и влево. Импульс, распространяющийся вправо, ускоряет фотоэлектроны и тем самым они смогут возбудить люминофор - затвор открывается. Имеет место аналогия с фото аппаратом (импульс аналогичен бегущей прозрачной части шторки затвора). В случае если оконечное сопротивление 3 близко к волновому сопротивлению линии, то импульс поглощается и экспозиция прекращается. Импульс, бегущий влево, доходит до оконечного сопротивления k, и здесь возникают следующие случаи: оконечное сопротивление равно волновому, импульс поглсхцается; оконечное сопротивление меньше волнового, импульс отражается с изменением зна ка и тем самым усиливает запирающее действие затвора, оконечное сопротив ление намного больше волнового, импульс отражается без изменения знака и экспозиция повторяется Такой режим работы имеет смысл в том случае, если оба импульса прак тически сливаются. Возможен также режим, когда оба оконечных сопротивления больше волнового, тогда линия эквивалентна емкости и длительность экспозиции определяется постоянной времени образующейся RC-цепочки После прекращения экспозиции возбужденный люминофор пленки 2 хранит электронное изображение, постепенно высвечивает. Время высвечивания у современных люминофоров меняется в широких пределах (от с до нескольких секунд). Необходимое значение времени послесвечения определяется требуемой частотой кадров. Само наличие послесвечения играет для работы схемы положительную роль, либо позволяет с помощью временной селекции электронной схемы избавиться от мгновенных фотоэлектронов, вызванных светом запускающего лазера. Поэтому из-за бол шого времени послесвечения ток фотокатода пленки 2 будет на несколь ко порядков меньше, чем первичный ток фотокатода 1, что приводит к мен шей роли объемного заряда и тем самым увеличивает на несколько порядков динамический диапазон электронной оптики, расположенной после пленки 2. Вследствие малого расстояния между фотокатодом 1 и пленкой 2 пролетные времена также малы, а динамический диапазон этого участка возрастает. Вследствие импульсного режима работы отпадает ряд технических и конструктивных трудностей, имеющихся у бипланарных ЭОПов, которые связаны с механическими усилиями больших полей. В данном случае эти усилия кратковременны и более важна не механическая жесткость и прочность конструкции, а инерция материала. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известными имеет меньшую длительность экспозиции кадра (до 50 не) и больший (примерно в 10 раз) динамический диапазон. Формула изобретения Устройство для электронно-оптической кадровой съемки, содержащее основной прямоугольный фотокатод и анодную пленку со слоем люминофора на подложке, отличающееся тем, что, с целью уменьшения минимального времени экспозиции и увеличения динамического диапазона, на внешней по отношению к фотокатоду стороне подложки сформирован дополнительный фотокатод, а за ним в параллельной плоскости вне рабочего поля расположена сетка, имеющая ввод для соединения с положительным полюсом высоковольтного импульсного источника напряжения, а основнсм фотокатод и подложка расположены параллельно с зазором величиной d , определенной из соотношения , где е - заряд электрона, VV1 - масса электрона и - амплитуда импульса напряжения на промежутке фотокатод - анодная пленка, tr - время экспозиции. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ефимов В.М, и др. Электроннооптическая фотосъемка в физическом эксперименте. Новосибирск, Наука,1978, с. 131. 2.Бутолов М.М. и др. Электроннооптические преобразователи и их применение в научных исследованиях. М., Наука, 1978, с. Ц7 (прототип).

J

Y

в