CN101685739B - 一种用于真空系统的热电子面发射源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于真空系统中的热电子面发射源。它主要采用灯座、灯丝、灯丝接线柱、电子散射网、接线柱频蔽盘、底座频蔽盘构成第一阳极，以相互绝缘方式在热电子面发射源的外壳中加入套筒构成第二阳极，有效改变了电子轨迹，发射的电子经过电场加速后，形成的高能电子束分布可通过改变电位状况进行控制；本发明还采用钽丝将灯丝绕成平面螺旋形状，该形状的灯丝不但能产生均匀的高能电子束，还能完成高能电子束的均匀、汇聚和淹没，实现对荧光屏均匀性、发光效率和余辉等参数检测，尤其是均匀性检测，误差小于±0.05；本发明一机多用，结构简单，加工容易，能完全满足荧光屏各参数的测试。可广泛用于各种像增强器上荧光屏的质量检测。

Description

一种用于真空系统的热电子面发射源

技术领域

本发明涉及微光器件参数测试设备中热电子面发射源，特别是一种能提供高能均匀电子的真空系统热电子面发射源。

背景技术

微光像增强器是夜视器件的核心部件，像增强器上的荧光屏在铟封前需要进行质量检测和筛选，以提高产品的合格率，降低成本。荧光屏只有在发光的情况下才能被检测，如对于荧光粉涂抹的均匀性检测，需要在某一电压条件下，先用均匀的高能电子去轰击使其发光，再利用高分辨率CCD采集图像，然后通过软件来分析它的均匀性；对荧光屏发光效率的检测，需要在某一电压条件下，使高能电子全部汇聚在荧光屏上轰击其发光后才能被检测；对荧光屏的余辉检测，则需要在某一电压条件下，使高能电子束全部淹没才能检测。上述无论是均匀的高能电子、还是汇聚的高能电子、还是被掩没的高能电子，它们都是由热电子面发射源提供。当热电子面发射源用于真空系统中，通电后，灯丝会逐渐变热，在温度达到2000K后就会有电子发出，并在第一阳极和第二阳极形成加速电场中，使电子的分布和轨迹发生改变，在一定区域内形成高能量电子，轰击放置在真空系统中的荧光屏，使其发光，为荧光屏各参数检测提供必要条件。但现有荧光屏参数测试仪器大都是单一功能，不能一机完成各参数的测试，这主要是受其电子发射源的结构性能所限，给测试带来很大的不便。如80年代初，荷兰DEP公司研制的像增强器荧光屏测试仪，它就是一台主要测试荧光屏均匀性的仪器，它的热电子面发射源主要由接线柱、灯丝、灯座、电子散射网等组成，其中灯丝的造型为线形。在热电子面发射源的上方，设置有一个真空室，真空室内有可放置多个荧光屏的转盘，检测时，由转盘将每个待测荧光屏分别旋转至热电子面发射源的高能电子轰击窗口上方，当电子发射源在通电后，灯丝发热产生电子并在加速电场中改变电子能量，产生高能量电子，轰击上方的被测荧光屏使其发光，但该电子发射源结构中仅使用了第一阳极，没有采用第二阳极改变电子轨迹，因此发射的电子经过电场加速后，形成的只是固定分布的高能电子束，这种电子束分布通常是中间多、边缘略少、并且不是很均匀，如用目视方法判断荧光屏发光的均匀性时，这种电子发射源还能够满足检测要求，但对于用高分辨率CCD采集图像法判断荧光屏发光的均匀性时，这种不均匀的电子分布就无法产生均匀的高能电子束，因此也不能满足测试精度要求；另外该设备的热电子面发射源不能完成高能电子束的汇聚和淹没，因此它也不能进行荧光屏发光效率和余辉的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在某一电压条件下可既能提供均匀的高能电子束、又能根据需要将高能电子分布汇聚或淹没的真空系统中的热电子面发射源。它能完全满足荧光屏各参数的测试。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种用于真空系统中的热电子面发射源，它包括外壳、灯座、灯丝、灯丝接线柱、电子散射网、接线柱频蔽盘以及底座频蔽盘；外壳的一端连接在真空室底盘上的测试口处，外壳的底盖上设有绝缘盘，绝缘盘上放置底座频蔽盘，其特征是在外壳内还放置有一个套筒，套筒与外壳之间以绝缘方式固接在真空室底盘的测试口处，套筒的顶部开有高能电子轰击孔，它与真空室内转盘上放置待测荧光屏的各孔相对应；灯座设置在套筒内，接线柱频蔽盘套在灯座上，电子散射网盖在灯座上方，灯丝采用平面螺旋型设计，在灯座内与灯丝接线柱的一端相接，灯丝接线柱的另一端穿过套筒底部和底座频蔽盘并以绝缘方式镶嵌在外壳的底盖上。

在上述结构中，灯座、灯丝、灯丝接线柱、电子散射网、接线柱频蔽盘、底座频蔽盘之间相互导通，形成的第一阳极，套筒以绝缘的方式放置在热电子面发射源外壳中，形成第二阳极；第一阳极和第二阳极的电位可在0V～-10000V范围内自由调节。本发明在使用时，待测荧光屏被放置在真空室内的转盘上，为了每次抽真空后，多检测一些荧光屏，通常在转盘上沿周向加工有多个不同孔径的待测通孔，用来放置不同直径的待测荧光屏，这些位于转盘上的待测荧光屏由磁力传输机构带动在真空室内依次被旋转至热电子面发射源的轰击窗口上方，在真空室的压盖上面有玻璃观察窗，便于人眼贯察和CCD采集图像，真空室的压盖盖上后构成电压为0V的封闭的真空室。工作时，首先通过电脑输入标定指令，真空系统开始工作；等真空度达到1×10^-4Pa时，开启灯丝电流，并慢慢增加电流至3.7A左右；由于本发明的灯丝是采用钽丝绕成平面螺旋型灯丝，灯丝每点都向四周发射电子，如同普通电炉通电时向外辐射热一样，平面螺旋型灯丝整体发射出的电子就形成面电子源，因此，当输入第一阳极电压为-4000V，第二阳极电压为-2000V时，这时高能电子束分布是均匀的，用这种均匀的高能电子束轰击待测荧光屏，使荧光屏均匀发光，再利用高分辨率CCD采集图像，通过软件分析就可以实现对荧光屏均匀性的检测；当输入第一阳极电压为-4000V，第二阳极电压为-3950V时，这时高能电子束分布是汇聚的，可以进行满足对荧光屏发光效率的检测；当输入第一阳极电压为-4000V，第二阳极电压为-4050V，电子就会完全淹没，可以检测到荧光屏的余辉情况。

本发明与现有技术相比其显著效果是：1、采用了第二阳极套筒，有效改变了电子轨迹，因此发射的电子经过电场加速后，形成的高能电子束分布可通过改变电位状况进行控制；2、采用钽丝按平面螺旋形状绕成灯丝，不但能产生均匀的高能电子束，还能完成高能电子束的均匀、汇聚和淹没，实现对荧光屏均匀性、发光效率和余辉等各参数的检测，尤其是均匀性检测，误差小于±0.05；3、本发明一机多用，结构简单，加工容易，能完全满足荧光屏各参数的测试。可广泛用于各种像增强器上荧光屏的质量检测。

本发明的具体结构有以下附图和实施例给出。

附图说明

图1是本发明所述用于真空系统的热电子面发射源结构示意图。

图2是热电子面发射源中灯丝的平面结构示意图。

图3是本发明的热电子面发射源实验结果及分析表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，根据本发明制作的真空系统中的热电子面发射源，它是由外壳1、灯座2、灯丝3、灯丝接线柱4、电子散射网5、接线柱频蔽盘6、底座频蔽盘7以及套筒10构成；外壳1的材料为不锈钢，电位为0V，焊接在真空室的底盘16的测试口处，外壳1的底盖上设有绝缘盘8，绝缘盘8上放置底座频蔽盘7，底座频蔽盘7与热外壳1的底盖之间绝缘；灯座2采用不锈钢材料制作，高15mm，直径32mm，内放置灯丝3，灯丝3选用直径为0.3mm钽丝，按照平面螺旋造型绕4～5圈，其螺旋灯丝间距为可以为0.5～1mm、造型直径Φ8mm，参见图2，采用点焊方式焊接在灯丝接线柱4上，灯丝电压为12V，灯丝接线柱4为两根铜质圆柱，灯丝接线柱4与灯座2采用无氧焊接方式连接，另外用陶瓷护套9包裹住灯丝接线柱4下端，陶瓷护套9镶嵌在热电子面发射源外壳1的底盖上，确保灯丝接线柱4与热电子面发射源外壳1的底盖之间绝缘；电子散射网5为间隔0.8mm、丝直径为0.1mm的不锈钢圆网，圆网的直径为35mm，放置在灯座2上；接线柱频蔽盘6外直径75mm，内孔直径32mm，套在灯座2上，用以频蔽灯丝接线柱4对电场的干扰。灯座2、灯丝3、灯丝接线柱4、电子散射网5、接线柱频蔽盘6、底座频蔽盘7之间相互导通，形成的第一阳极，其材料除灯丝3和灯丝接线柱4外均采用不锈钢制作；套筒10的顶部开有高能电子轰击孔11，直径为40mm，它与真空室13内转盘15上放置待测荧光屏的各孔17相对应，套筒10以绝缘方式放置在热电子面发射源的外壳1中，并与热电子面发射源外壳1绝缘，形成第二阳极，本例采用一个绝缘垫圈12放置在二阳套筒10和真空室底盘16之间，起绝缘作用；为了保证第一阳极和第二阳极的电位调节的可靠性，设置的高压电源电压调节范围为0V～-10000V。

真空室3内的转盘15上，沿周向开有放置荧光屏的通孔17，为了每次抽真空后，多检测一些荧光屏，本例的转盘15上加工了14个直径为18mm的通孔和14个直径为25mm的通孔，用来放置直径为18mm和25mm的荧光屏，它们由转盘15带动依次旋转至热电子面发射源的高能电子轰击窗口11上方，测试时，真空室13的压盖14上，与高能电子轰击窗口11对应处设有便于人眼贯察和CCD采集图像的玻璃观察窗18。

本发明的在南京理工大学光电技术系研制的微光像增强器荧光屏综合参数测试系统中进行了测试试验。当真空度达到1×10^-4Pa时，真空系统中的标准荧光屏在第一阳极与第二阳极不同电位下，呈现出发散、均匀、汇聚和淹没的现象，将实际检测荧光屏性能的数码照片、用高分辨率CCD采集图像以及图像灰度值等结果列在图3表中。输入第一阳极电压为-4000V，第二阳极电压为0V时，通过图像灰度分析，第一幅图像灰度分布图边缘电子少，由于电子发射面积约为荧光屏面积的5倍，所以边缘发散表现的不明显；输入第一阳极电压为-4000V，第二阳极电压为-2000V时，第二幅图像灰度分布图明显看出在荧光屏面积范围内，成一直线，表明了高能电子束分布均匀，在此条件下对荧光屏发光均匀性进行检测，精度达到95％；输入第一阳极电压为-4000V，第二阳极电压为-3950V时，第三幅图像灰度分布图也明显看出高能电子束汇集成光斑，可以对荧光屏进行发光效率检测；输入第一阳极电压为-4000V，第二阳极电压为-4000V时，第四幅图像灰度分布图可以看出是一片噪声，基本没有电子打到荧光屏上，再调高二阳电压到-4050V，高能电子完全淹没在第二阳极筒中，可以对荧光屏的余辉进行检测。

Claims (3)

1.一种用于真空系统中的热电子面发射源，它包括外壳[1]、灯座[2]、灯丝[3]、灯丝接线柱[4]、电子散射网[5]、接线柱频蔽盘[6]以及底座频蔽盘[7]；外壳[1]的一端连接在真空室底盘[16]上的测试口处，外壳[1]的底盖上设有绝缘盘[8]，绝缘盘[8]上放置底座频蔽盘[7]，其特征是在外壳[1]内还放置有一个套筒[10]，套筒[10]与外壳[1]之间以绝缘方式固接在真空室底盘[16]的测试口处，套筒[10]的顶部开有高能电子轰击孔[11]，它与真空室[13]内转盘[15]上放置待测荧光屏的各孔[17]相对应；灯座[2]设置在套筒[10]内，接线柱频蔽盘[6]套在灯座[2]上，电子散射网[5]盖在灯座[2]上方，灯丝[3]采用平面螺旋型设计，在灯座[2]内与灯丝接线柱[4]的一端相接，灯丝接线柱[4]的另一端窜过套筒[10]底部和底座频蔽盘[7]并以绝缘方式镶嵌在外壳[1]的底盖上；在上述结构中，灯座[2]、灯丝[3]、灯丝接线柱[4]、电子散射网[5]、接线柱频蔽盘[6]、底座频蔽盘[7]之间相互导通，形成的第一阳极，套筒[10]以绝缘的方式放置在热电子面发射源外壳[1]中，形成第二阳极；第一阳极和第二阳极的电位可在0V～-10000V范围内自由调节。

2.根据权利要求1所述用于真空系统中的热电子面发射源，其特征是上述灯丝[3]是采用钽丝按平面螺旋造型绕4～5圈构成，灯丝[3]间距为0.5～1mm，灯丝[3]采用点焊方式焊接在灯丝接线柱[4]的一端上。

3.根据权利要求1所述用于真空系统中的热电子面发射源，其特征是灯丝接线柱[4]与灯座[2]之间采用无氧焊接方式固定，与外壳[1]的底盖之间用陶瓷护套[9]包裹住接线柱，然后镶嵌在外壳[1]的底盖上。

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