CN104913909A

CN104913909A - 一种微通道板分辨力的测量装置

Info

Publication number: CN104913909A
Application number: CN201510354463.2A
Authority: CN
Inventors: 李晓峰; 杨文波; 张勤东; 余家粱; 褚祝军; 周善堃
Original assignee: North Night Vision Technology Co Ltd
Current assignee: North Night Vision Technology Co Ltd
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: CN104913909B

Abstract

本发明公开了一种微通道板分辨力的测量装置，主要用于微通道板生产厂家和用户测量其分辨力。主要技术方案是：选定微通道板分辨力的标准参数后，通过装置测出待测微通道板的分辨力，装置结构，在真空腔内安装一个夹具，真空腔的上盖有一个观察窗，观察窗的上部装有光学镜头、CCD摄像机并与计算机连接，真空腔的下部连接真空泵，通过引线柱分别与高压电源和夹具中的输入输出端相连。本发明通过试用证明：填补了厂家和用户对微通道板分辨力无法测量的空白，从根本上消除了因微通道板分辨力达不到要求而导致成批的微光像增强器等有关产品报废的现象，达到有效地提高和保证了微通道板的质量，适应现代化生产的需求。

Description

一种微通道板分辨力的测量装置

技术领域

本发明属于一种对微通道板的测量方法，具体是一种用于微通道板生产厂家和用户测量其分辨力的装置。

背景技术

微通道板（简称MCP），是一种大面阵微通道电子倍增器，见图1，它由多根空芯玻璃管3，实体边1和电极2组成，玻璃管的直径约为φ4~50μm，当每一根玻璃管的两端加有一定的工作电压时，他们就相当于一个连续打拿极的光电倍增管。MCP作为一种电子倍增器，在相关行业里得到广泛应用，如在微光像增强器中作为电子倍增手段应用，在微光像增强器中的MCP除要求具有较高的增益外，还要求具有较高的分辨力。分辨力是MCP的主要技术指标之一，分辨力是指在特定条件下，MCP输出电子图像在荧光屏上显示出光学图像的最高分辨力（单位lp/mm）。在工作电压相同，荧光屏相同以及MCP输出端与荧光屏之间的距离相同条件下，分辨力取决于MCP通道的直径φ，输出电极的宽度a、深度b及电子清刷等因素（见图2）。目前在对MCP的性能进行测量时，因技术难度大，不能对MCP的分辨力进行测量，国内外也尚未发现测量MCP分辨力的方法或装置的报道。

实践中，MCP的生产厂家，对其增益、板阻、暗电流、视场清洁度等性能指标均可以通过测试台来进行测量，以保证所出厂的MCP达到性能指标的要求。在MCP的用户也是如此，如在微光像增强器的应用过程中，当将MCP装入像增强器中以后，在对微光像增强器进行封装光电阴极之前，还必须对MCP的性能指标进行测试，否则在微光像增强器制造完成后，再发现MCP有问题，那么将使所生产的管子报废，这方面教训行业内是普遍关注的。由于不能对MCP的分辨力进行测量，在微光像增强器制造完成后，有时确实属于分辨力达不到要求，导致成批的微光像增强器报废，造成巨大经济损失的例子不算少见。但是连分辨力达不到要求的依据都找不到，只好从多方面逻辑推理分析找原因，但找出的原因毕竟不是客观直接得出的，可信度差。有时还造成MCP的生产厂家与微光像增强器生产厂家的质量纠纷。因此无论是MCP的生产厂家还是微光像增强器等生产的用户，均迫切需要有一种能够测量MCP分辨力的装置，来解决行业内长期存在的这一技术难题。

发明内容

本发明的主要任务和目的是，针对目前存在的不能对MCP分辨力进行测量的缺陷，根据MCP的理论，设计一种MCP分辨力的测量装置，对MCP分辨力通过比较的方法进行测量，填补厂家和用户对MCP分辨力无法测量的空白。从根本上消除因分辨力达不到要求，导致成批的微光像增强器和其它有关产品报废的现象，达到有效地提高和保障MCP的质量，适应现代化生产的需求。

本发明的主要技术方案是：装置总体结构，在真空腔内，放置一个绝缘座，绝缘座上配合安装一个夹具，真空腔的上盖有一个观察窗，在观察窗的上部通过支架安装有光学镜头、CCD摄像机，CCD摄像机与计算机相连接，真空腔的左下部连接真空规、真空阀门、涡轮分子泵、机械泵，真空腔的右下部装有引线柱，通过导线与高压电源相连；MCP分辨力测量的具体操作：a、选择一支各项指标比较好的以MCP作为电子倍增的微光像增强器，在普通的微光像增强器测试台上测出它的分辨力值作为待测MCP分辨力的标准值；b、将微光像增强器中的MCP拆下来作为标准MCP，清洁后装入夹具中的安装环上，之后将开口弹簧压圈安装在MCP和装配环之间，将MCP固定在安装环上，使MCP分别与装配环、安装环相连接；c、关闭真空腔的真空阀门，向真空腔内冲入干燥氮气，待真空腔内的压力达到大气压时，打开真空腔的上盖，将已安装好MCP的夹具，放入真空腔内的绝缘座上，分别接好MCP输入端装配环、输出端安装环和荧光屏输出端封接环的导线，盖上真空腔的上盖，关闭氮气充气阀门，按顺序打开机械泵、涡轮分子泵和真空阀门，对真空腔进行抽真空，当达到极限真空时，保持抽真空1小时以上，此时真空度应该优于10-4帕，打开高压电源，对MCP 和荧光屏缓慢施加工作电压，将CCD摄像机和光学镜头调在观察窗正上方，打开CCD摄像机及计算机的电源；d、在计算机屏幕上观察荧光屏上MCP暗发射亮斑图像，当MCP工作10分钟后，开始采集图像，利用计算机软件测量所有亮斑的直径，并计算出平均值作为待测MCP的暗发射亮斑直径的标准值； e、测量完后，关闭真空阀，向真空腔内冲入干燥氮气，待真空腔内的压力达到大气压时，打开真空腔上盖，取出夹具，卸下标准MCP；f、按照步骤b、c、d 、e的程序，测量出待测MCP的五个暗发射亮斑直径的平均值；g、待测MCP的分辨力R根据式子R＝d1／d2×R0计算得到。

本发明通过试用证明：完全达到研制目的，填补了厂家和用户对MCP分辨力无法测量的空白，剔出了不合格的MCP，杜绝了废品出厂废品投入使用的现象，我公司作为用户，不再出现制造完工后的微光像增强器因MCP的分辨力不合格而报废的例子，从根本上提高和保证了产品质量，经济、社会效益得到明显提高。

附图说明

下面结合附图，对本发明具体实施方式作进一步详细地描述。

图1，是MCP的形状结构示意图。

图2，是图1标记A的放大示意图。

图3，是MCP的单根通道内暗发射产生的单个电子4，经倍增后在荧光屏28上产生的暗发射亮斑5的示意图。

图4，是本发明的结构示意图。

图5，是本发明的夹具结构示意图，也是MCP的安装图。

图6，是测量标准MCP时，在荧光屏上产生的暗发射亮斑示意图。

图7，是测量1号待测MCP时，在荧光屏上产生的暗发射亮斑示意图。

图8，是测量2号待测MCP时，在荧光屏上产生的暗发射亮斑示意图。

具体实施方式

参照图4，对本发明的主要技术方案进行说明：本发明根据MCP的理论（即MCP的单根通道的分辨力越高，MCP的分辨力就越高，单根通道的分辨力越低，MCP的分辨力也随之降低，因此MCP单根通道的分辨力高低也就代表了MCP分辨力的高低，同时MCP的单根通道的分辨力又与其在荧光屏上所成暗发射亮斑的直径成反比，亮斑越大，MCP的单根通道的分辨力越低），设计了一种MCP分辨力的比较与测量的装置。本发明由真空腔6，上盖7，计算机8，CCD摄像机9，光学镜头10，观察窗11，夹具12，绝缘座13、真空阀门14、真空规15，涡轮分子泵16，机械泵17，高压电源18、引线柱19组成。装置总体结构，在真空腔6内，放置一个绝缘座13，绝缘座上配合安装一个夹具12，真空腔的上盖7有一个观察窗11，在观察窗的上部通过支架安装有光学镜头10、CCD摄像机9，CCD摄像机与计算机8相连接，真空腔6的左下部连接真空规15、真空阀门14、涡轮分子泵16，机械泵17，真空腔6的右下部装有引线柱19，通过导线与高压电源18相连；参照图5，夹具12的具体结构：在夹具的上部是一个由玻璃片27与封接环29封接的组件，在玻璃片27的内表面制作有一层荧光屏28，短陶瓷环20，中陶瓷环21、长陶瓷环22与装配环23，安装环25以及封接环29封接在一起，装配环23和安装环25之间装有一个可装卸的开口弹簧压圈24；参照图4，MCP分辨力测量的具体操作（在制造电真空器件的超净工作室内进行）：a、选择一支各项技术指标比较好的以MCP作为电子倍增的微光像增强器，在普通的微光像增强器测试台上测出它的分辨力值R0作为待测MCP分辨力的标准值（一般为45lp/mm，因为微光像增强器的分辨力主要取决于MCP的优劣，别的因素很少，可忽略不计）；b、将微光像增强器中的MCP26拆下来作为标准MCP，清洁后装入夹具12中的安装环25上，之后将开口弹簧压圈24安装在MCP26和装配环23之间，将MCP固定在安装环25上，使MCP分别与装配环、安装环相连接（见图5）；c、关闭真空腔6的真空阀门14，向真空腔内冲入干燥氮气，待真空腔内的压力达到大气压时，打开真空腔的上盖7，将已安装好MCP的夹具12，放入真空腔内的绝缘座13上，分别接好MCP26输入端装配环23、输出端安装环25和荧光屏28输出端封接环29的导线，盖上真空腔的上盖7，关闭氮气充气阀门，按顺序打开机械泵17、涡轮分子泵16和真空阀门14，对真空腔6进行抽真空，当达到极限真空时，保持抽真空1小时以上，此时真空度应该优于10-4帕，打开高压电源18，对MCP 26和荧光屏28缓慢施加工作电压，将CCD摄像机9和光学镜头10调在观察窗11正上方，打开CCD摄像机9及计算机8的电源；d、在计算机屏幕上观察荧光屏28上MCP暗发射亮斑图像（见图６），当MCP工作10分钟后，开始采集图像（CCD的曝光时间设定为20ms），利用计算机软件测量所有亮斑的直径，并计算出平均值d ₁ 作为待测MCP的暗发射亮斑直径的标准值，（如φ17.5、φ18.2、φ17.8、φ17.9、φ17.4、φ17.5，平均直径d ₁ 为17.7）；e、测量完后，关闭真空阀14，向真空腔6内冲入干燥氮气，待真空腔内的压力达到大气压时，打开真空腔上盖7，取出夹具12，卸下标准MCP；f、按照步骤b、c、d 、e的程序，测量出待测MCP的五个暗发射亮斑直径的平均值d ₂ ；g、待测MCP的分辨力R根据式子R＝d ₁ ／d ₂ ×R0计算得到。

参照图4，所述的CCD光学镜头10的放大率为5倍；CCD摄像机9型号为EO-5023M，CCD芯片为Sony ICX655，输出接口为USB2.0；荧光屏28是标准的P20型荧光屏，MCP26输出端与荧光屏28之间的距离为0.8mm（见图5）；MCP的输入端电压为零，输出端电压为1200V，荧光屏电压为7200V 。

参照图4，本发明的夹具体尺寸可根据被测MCP的大小规格设计，因此本发明不仅适用于一种规格的MCP测量，而且适用于φ25mm、φ18mm、φ40mm等多种规格的MCP测量。不仅使用于单片MCP的测量，还适用于同种规格的双片或三片的测量。对于双片的测量，可将两片MCP叠加装入夹具12中，与单片的装配方法类似，不同的是测量时所加的电压， MCP的输入端电压为零，输出端电压为2000V，荧光屏电压为8000V 。对于三片的测量，可将三片MCP叠加装入夹具12中，与两片叠加方法类似，不同的是测量时MCP的输入端电压为零，输出端电压为2400V，荧光屏电压为8400V 。

实施例一（见图7），将一号待测MCP，外径φ25mm，按上述步骤b、c、d 、e程序测出五个暗发射亮斑直径的平均值d ₂ ，（如φ23.2、φ22.7、φ23.6、φ22.6、φ23.1，平均直径d ₂ 为φ23.04），标准值R0为45lp/mm，待测MCP的分辨力R，根据上式计算出R＝17.7／23.04×45lp/mm＝35lp/mm，根据此种型号的微光像增强器技术要求30lp/mm为合格，该MCP的分辨力为合格。

实施例二（见图8），将二号待测MCP，外径φ25mm，按上述步骤b、c、d 、e程序测出五个暗发射亮斑直径的平均值d ₂ ，（如φ35.6、φ35.6、φ36.5、φ37.1、φ35.4，平均直径d ₂ 为φ36.04），标准值R0为45lp/mm，待测MCP的分辨力R，根据上式计算出R＝17.7／36.04×45lp/mm＝22.1lp/mm，该MCP的分辨力为不合格。

的分辨力的合格与否是相对的，主要取决于MCP所用于的产品的技术要求，技术要求高的，这种MCP可能为不合格，对于技术要求低的可能是合格的。

本发明还用于三号、四号、五号待测MCP的测量，暗发射亮斑平均直径d ₂ 和分辨力R分别为：φ24.05、33.11 lp/mm，φ29.01、27.45 lp/mm，φ28.02、28.42 lp/mm。作为一般的微光像增强器的技术要求来说，这几个MCP应该是合格的，因测量数多，这里就不再一一列举。

本发明通过生产MCP的厂家和用户的试用，效果良好。

Claims

1.一种微通道板分辨力的测量装置，其特征在于：装置总体结构，在真空腔（6）内，放置一个绝缘座（13），绝缘座上配合安装一个夹具（12），真空腔的上盖（7）有一个观察窗（11），在观察窗的上部通过支架安装有光学镜头（10）、CCD摄像机（9），CCD摄像机与计算机（8）相连接，真空腔（6）的左下部连接真空规（15）、真空阀门（14）、涡轮分子泵（16）、机械泵（17），真空腔（6）的右下部装有引线柱（19），通过导线与高压电源（18）相连；

MCP（26）分辨力测量的具体操作：a、选择一支各项指标比较好的以MCP（26）作为电子倍增的微光像增强器，在普通的微光像增强器测试台上测出它的分辨力值（R₀）作为待测MCP分辨力的标准值；b、将微光像增强器中的MCP（26）拆下来作为标准MCP，清洁后装入夹具（12）中的安装环（25）上，之后将开口弹簧压圈（24）安装在MCP（26）和装配环（23）之间，将MCP固定在安装环（25）上，使MCP分别与装配环、安装环相连接；c、关闭真空腔（6）的真空阀门（14），向真空腔内冲入干燥氮气，待真空腔内的压力达到大气压时，打开真空腔的上盖（7），将已安装好MCP（26）的夹具（12），放入真空腔内的绝缘座（13）上，分别接好MCP（26）输入端装配环（23）、输出端安装环（25）和荧光屏（28）输出端封接环（29）的导线，盖上真空腔的上盖（7），关闭氮气充气阀门，按顺序打开机械泵（17）、涡轮分子泵（16）和真空阀门（14），对真空腔（6）进行抽真空，当达到极限真空时，保持抽真空1小时以上，此时真空度应该优于10^-4帕，打开高压电源（18），对MCP （26）和荧光屏（28）缓慢施加工作电压，将CCD摄像机（9）和光学镜头（10）调在观察窗（11）正上方，打开CCD摄像机（9）及计算机（8）的电源；d、在计算机屏幕上观察荧光屏（28）上MCP暗发射亮斑图像，当MCP工作10分钟后，开始采集图像，利用计算机软件测量所有亮斑的直径，并计算出平均值（d₁）作为待测MCP（26）的暗发射亮斑直径的标准值； e、测量完后，关闭真空阀（14），向真空腔（6）内冲入干燥氮气，待真空腔内的压力达到大气压时，打开真空腔上盖（7），取出夹具（12），卸下标准MCP（26）；f、按照步骤b、c、d 、e的程序，测量出待测MCP（26）的五个暗发射亮斑直径的平均值d₂；g、待测MCP（26）的分辨力R根据式子R＝d₁／d₂×R₀计算得到。

2.根据权利要求1所述的微通道板分辨力的测量装置，其特征在于：夹具（12）的具体结构，在夹具的上部是一个由玻璃片（27）与封接环（29）封接的组件，在玻璃片（27）的内表面制作有一层荧光屏（28），短陶瓷环（20），中陶瓷环（21）、长陶瓷环（22）与装配环（23），安装环（25）以及封接环（29）封接在一起，装配环（23）和安装环（25）之间装有一个可装卸的开口弹簧压圈（24）。