RU2061979C1

RU2061979C1 - Electrooptical transducer

Info

Publication number: RU2061979C1
Authority: RU
Inventors: Олег Ефимович Шорников
Original assignee: Олег Ефимович Шорников
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1992-08-14
Publication date: 1996-06-10

Abstract

FIELD: electronic engineering; intensifying brightness of picture or transfeering the latter to other spectral region. SUBSTANCE: electrooptical transducer has entrance and exit windows, photocathode deposited onto entrance window, phosphor screen deposited onto exit window, envelope, sealing ring for vacuum-tight joint between entrance window and envelope, electrostatic focusing electrodes, electric leads; envelope is built up of disks forming electrostatic focusing electrodes and insulators that function to isolate photocathode, electrodes, and phosphor screen; inner surface of disks forming electrostatic focusing electrodes is shaped depending on geometry of lens formed by these electrodes and is covered with metal film; mating sections of butt ends of all disks are polished and coated with metal film; disks forming envelope are fixed together and to exit window through vacuum-tight joint. EFFECT: improved conversion coefficient, resolution, and mechanical endurance of electrooptical transducer. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для усиления яркости изображения или перевода изображения из одной спектральной области в другую. The invention relates to electronic equipment and is intended to enhance the brightness of the image or transfer the image from one spectral region to another.

Известен электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с прямым переносом изображения /1/. Известный ЭОП содержит фотокатод, нанесенный на входное стеклянное или стекловолоконное окно, оболочку, индиевое уплотнительное кольцо, соединяющее входное окно с оболочкой, катодолюминесцентный экран, нанесенный на выходное стеклянное или стекловолоконное окно, причем поверхность экрана, обращенная к фотокатоду, покрыта алюминиевой пленкой с низким коэффициентом отражения, электрический вывод в виде тонкопленочных металлических покрытий, нанесенных на выходное окно и нижнюю плоскость оболочки. Known electron-optical Converter (EOP) with direct image transfer / 1 /. The known image intensifier tube contains a photocathode deposited on an input glass or fiberglass window, a shell, an indium sealing ring connecting the input window to the shell, a cathodoluminescent screen deposited on the output glass or fiberglass window, and the surface of the screen facing the photocathode is coated with a low coefficient aluminum film reflection, electrical output in the form of thin-film metal coatings deposited on the exit window and the lower plane of the shell.

У известного прибора с предлагаемым ЭОП совпадают входное и выходное окна, фотокатод, катодолюминесцентный экран, уплотнительное кольцо, электрический вывод. In a known device, the input and output windows, photocathode, cathode-luminescent screen, o-ring, electrical outlet coincide with the proposed image intensifier tubes.

Недостатком известного ЭОП является невозможность получения одновременно высокой разрешающей способности и высокого коэффициента преобразования /1/. A disadvantage of the known image intensifier tube is the inability to simultaneously obtain high resolution and high conversion ratio / 1 /.

Наиболее близким по технической сущности является электронно-оптический преобразователь с фокусировкой электронов в электростатическом поле катодной линзы /2/. ЭОП содержит входное и выходное окна из плосковогнутых волоконно-оптических пластин, фотокатод, нанесенный на входное окно, катодолюминесцентный экран, нанесенный на выходное окно, оболочку, состоящую из катодной и анодной металлических чашек и стеклянного или керамического цилиндрического изолятора, входного и выходного металлических фланцев, анодного конуса, медную трубку для откачки, выходящую из боковой поверхности катодной чашки и герметично уплотненную после откачки, при этом волоконно-оптические пластины входного и выходного окон герметично соединены соответственно с входным и выходным металлическими фланцами с помощью кристаллоцемента, анодный конус жестко скреплен с анодной чашкой, входной и выходной фланцы герметично соединены соответственно с катодной и анодной чашками микроплазменной сваркой, изолятор герметично соединен с катодной и анодной чашками. The closest in technical essence is an electron-optical converter with focusing of electrons in the electrostatic field of the cathode lens / 2 /. The image intensifier tube contains an input and output window of flat-bent fiber optic plates, a photocathode deposited on the input window, a cathodoluminescent screen deposited on the output window, a shell consisting of a cathode and anode metal cups and a glass or ceramic cylindrical insulator, input and output metal flanges, anode cone, a copper tube for pumping out from the side surface of the cathode cup and hermetically sealed after pumping, while the fiber optic plates of the input and output con sealingly connected respectively to the input and output via metal flanges kristallotsementa, anode cone is rigidly attached to the anode cup, the inlet and outlet flanges sealingly connected respectively to the anode and cathode cups microplasma welding, bushing is hermetically connected with the anode and cathode cups.

Недостатком известного ЭОП является высокая загазованность его вакуумного рабочего объема из-за наличия большого количества массивных металлических деталей, адсорбирующих газы входного и выходного фланцев, катодной и анодной чашек, анодного конуса, а также из-за плохой герметичности соединения образующих оболочку разнородных материалов металла со стеклом. Загазованность вакуумного рабочего объема прибора вызывает отравление фотокатода, в результате чего снижаются его долговечность, а также квантовый выход, определяющий коэффициент преобразования ЭОП. Изготовление анода в виде металлической конструкции, прикрепляемой к оболочке, не позволяет получить высокую геометрическую точность размеров и положения данного электрода в системе электростатической фокусировки, что снижает точность фокусировки и, следовательно, разрешающую способность ЭОП. Кроме того, соединение разнородных материалов уменьшает механическую прочность прибора, а также усложняет его изготовление из-за необходимости использовать различные виды соединения деталей кристаллоцемент, плазменную сварку. A disadvantage of the known image intensifier tube is the high gas contamination of its vacuum working volume due to the presence of a large number of massive metal parts adsorbing the gases of the inlet and outlet flanges, the cathode and anode cups, the anode cone, and also due to poor tightness of the connection of the dissimilar metal materials with glass . The gas contamination of the vacuum working volume of the device causes poisoning of the photocathode, as a result of which its longevity is reduced, as well as the quantum yield, which determines the conversion coefficient of the image intensifier tube. The manufacture of the anode in the form of a metal structure attached to the shell does not allow to obtain high geometric accuracy of the size and position of this electrode in the electrostatic focusing system, which reduces the focusing accuracy and, therefore, the resolution of the image intensifier tube. In addition, the joining of dissimilar materials reduces the mechanical strength of the device, and also complicates its manufacture due to the need to use various types of joining parts, cement-cement, plasma welding.

Целью изобретения является увеличение коэффициента преобразования, решающей способности и долговечности электронно-оптического преобразователя. The aim of the invention is to increase the conversion coefficient, the decisive ability and durability of the electron-optical Converter.

В электронно-оптическом преобразователе, содержащем входное и выходное окна, фотокатод, нанесенный на входное окно, люминесцентный экран, нанесенный на выходное окно, оболочку, уплотнительное кольцо для вакуумноплотного соединения входного окна с оболочкой, электроды электростатической фокусировки, электрические выводы, для достижения указанной цели оболочка выполнена из шайб, которые образуют электроды электростатической фокусировки и изоляторы, разделяющие фотокатод, электроды и люминесцентный экран, при этом внутренняя поверхность шайб, образующих электроды электростатической фокусировки, имеет форму, определяемую геометрией, создаваемой этими электродами электронной линзы, и покрыта металлической пленкой, соединяемые участки торцов всех шайб отполированы и покрыты металлической пленкой, образующие оболочку шайбы ваккумноплотно соединены друг с другом и с выходным окном. In the electron-optical converter containing the input and output windows, a photocathode deposited on the input window, a luminescent screen deposited on the output window, the sheath, a sealing ring for vacuum-tight connection of the input window with the sheath, electrostatic focusing electrodes, electrical leads, to achieve this goal the shell is made of washers that form electrostatic focusing electrodes and insulators that separate the photocathode, electrodes and luminescent screen, while the inner surface five washers forming electrostatic focusing electrodes has a shape determined by the geometry created by these electrodes, the electron lens, and covered with a metal film connected portions of the end faces of all the washers are polished and coated with a metal film forming the sheath vakkumnoplotno washer are connected with each other and with the exit window.

Из существенных признаков предлагаемого ЭОП с прототипом совпадают входное и выходное окна, фотокатод, люминесцентный экран, а также по выполняемым функциям система электростатической фокусировки, образованная фотокатодом и анодом. Of the essential features of the proposed image intensifier tube, the input and output windows, the photocathode, the luminescent screen, and the electrostatic focusing system formed by the photocathode and anode coincide with the functions performed.

При этом оболочка и электроды системы электростатической фокусировки имеют отличающееся от прототипа конструктивное выполнение, позволяющее получить указанный положительный эффект увеличить коэффициент преобразования, разрешающую способность и долговечность ЭОП. In this case, the shell and electrodes of the electrostatic focusing system have a design that is different from the prototype, which allows to obtain the specified positive effect to increase the conversion coefficient, resolution and durability of the image intensifier tube.

При выполнении оболочки из шайб функцию электрода электростатической фокусировки выполняет покрытая металлической пленкой внутренняя часть шайбы, образующей данный электрод. Причем форма внутренней поверхности указанной шайбы определяется геометрией создаваемой электродами электронной линзы. При таком выполнении электродов электростатической фокусировки отпадает необходимость изготовления металлического электрода и последующего крепления его к корпусу оболочки, что не обеспечивало точных размеров и положения электрода в соответствии с геометрией создаваемой электронной линзы. Форма внутренней поверхности шайбы может быть обработана с высокой точностью, а благодаря тому, что вся поверхность электрода лежит на внутренней поверхности шайбы, исключается смещение электрода в процессе сборки или эксплуатации прибора. Таким образом, повышается точность фокусировки электронного пучка, что в результате повышает разрешающую способность ЭОП. When the shell is made of washers, the function of the electrostatic focusing electrode is performed by the inner part of the washer forming a given electrode covered with a metal film. Moreover, the shape of the inner surface of this washer is determined by the geometry of the electronic lens created by the electrodes. With this design of electrodes of electrostatic focusing, there is no need to manufacture a metal electrode and then fasten it to the shell body, which did not provide the exact size and position of the electrode in accordance with the geometry of the created electronic lens. The shape of the inner surface of the washer can be machined with high accuracy, and due to the fact that the entire surface of the electrode lies on the inner surface of the washer, the displacement of the electrode during assembly or operation of the device is eliminated. Thus, the focusing accuracy of the electron beam is increased, which as a result increases the resolution of the image intensifier tube.

Выполнение оболочки из шайб, вакуумноплотно соединенных друг с другом и с входным и выходным окнами, устраняет массивные металлические детали оболочки, контактирующие с вакуумным рабочим объемом ЭОП. Отсутствие соединения диэлектриков с металлом также уменьшает загазованность вакуумного объема за счет более высокой герметичности соединения деталей, изготовленных из однородного материала. Кроме того, выполнение электродов не в виде массивных металлических деталей (что было вызвано требованиями механической прочности электродов), а в виде тонкопленочного покрытия также уменьшает количество находящегося в ваккумном объеме металла, который является источником загазованности рабочего объема ЭОП адсорбированными газами. Находящиеся в вакуумном рабочем объеме ЭОП газы отравляют фотокатод, снижая его долговечность и квантовый выход, определяющий коэффициент преобразования прибора. Поэтому за счет снижения загазованности вакуумного объема прибора достигается повышение коэффициента преобразования и долговечности ЭОП при тех же исходных параметрах фотокатода. The execution of the shell of washers, vacuum tightly connected to each other and with the input and output windows, eliminates the massive metal parts of the shell in contact with the vacuum working volume of the image intensifier tube. The absence of the connection of dielectrics with metal also reduces the gas contamination of the vacuum volume due to the higher tightness of the connection of parts made of a homogeneous material. In addition, the implementation of the electrodes not in the form of massive metal parts (which was caused by the requirements of the mechanical strength of the electrodes), but in the form of a thin-film coating also reduces the amount of metal contained in the vacuum volume, which is the source of gas contamination of the working volume of the tube with adsorbed gases. Gases located in the vacuum working volume of the image intensifier tube poison the photocathode, reducing its durability and quantum yield, which determines the conversion coefficient of the device. Therefore, by reducing the gas contamination of the vacuum volume of the device, an increase in the conversion coefficient and the durability of the image intensifier are achieved with the same initial parameters of the photocathode.

Полировка и покрытие металлической пленкой соединяемых участков шайб благодаря устранению неровностей увеличивает истинную площадь контакта соединяемых поверхностей, что увеличивает адгезию и, следовательно, повышает прочность соединения. Polishing and coating with metal film the joined sections of the washers by eliminating irregularities increases the true contact area of the joined surfaces, which increases adhesion and, therefore, increases the strength of the connection.

На чертеже приведена схема предлагаемого ЭОП с трехэлектродной фокусирующей системой. ЭОП содержит входное окно 1, фотокатод 2, уплотнительное кольцо 3, изоляторы 4, фокусирующий электрод 5, анод 6, люминесцентный экран 7, выходное окно 8, электрические выводы 9. Участки, покрытые металлической пленкой, показаны на чертеже жирной линией. The drawing shows a diagram of the proposed image intensifier tube with a three-electrode focusing system. The image intensifier tube contains an input window 1, a photocathode 2, an o-ring 3, insulators 4, a focusing electrode 5, an anode 6, a luminescent screen 7, an output window 8, electrical leads 9. The areas covered with a metal film are shown in bold by the line.

Стеклянное или стекловолоконное входное окно 1 с нанесенным в вакууме на его внутреннюю сторону фотокатодом 2 через уплотнительное, например, индиевое кольцо вакуумноплотно соединено холодным прессованием в вакууме с оболочкой, состоящей из образующих ее шайб 4, 5, 6. Другая сторона оболочки соединена с выходным окном 8, на внутреннюю сторону которого нанесен люминесцентный экран 7. Оболочка выполнена из стеклянных, керамических или пластмассовых шайб, имеющих сопротивление 10¹¹-10¹² Ом для предотвращения накопления на их поверхности электрических зарядов. Указанные шайбы образуют электроды электростатической фокусировки фокусирующий электрод 5 и анод 6, а также изоляторы 4, разделяющие фотокатод 2, электроды 5 и 6 и люминесцентный экран 7. Таким образом, входное окно 1 через уплотнительное кольцо 3 соединено с изолятором 4. Изоляторы 4 представляют собой цилиндры, длина которых определяется геометрией электронной линзы. Торцы изоляторов 4, также как и соединяемые с изоляторами участки торцов шайб, образующих электроды 5 и 6, для повышения адгезии отполированы и покрыты металлической пленкой для вакуумноплотного соединения шайб. Образующие оболочку шайбы соединены друг с другом клеем, либо за счет холодной адгезии под давлением, либо методом электроадгезии с использованием ускоряющую адгезию электрического поля. Для улучшения контакта электрических выводов ЭОП с источниками напряжения питания наружные края торцов шайб, являющихся электрическими выводами, имеют фаски, покрытые металлической пленкой. Соединенный с выходным окном 1 изолятор 4 другой стороной соединен с шайбой 5, образующей фокусирующий электрод. Указанная шайба имеет, например, вид цилиндра с покрытыми металлической пленкой передним торцом и внутренней поверхностью. Размеры шайбы и форма внутренней поверхности определяются геометрией электронной линзы, создаваемой катодом 2 и электродами 5 и 6, которая рассчитывается по известной методике расчета электронно-оптических систем /3/. Шайба 5 соединена с изолятором 4, другой стороной соединенным с шайбой 6, образующей анод. Анодная шайба 6 имеет вид, например, цилиндра с покрытыми металлической пленкой задним торцом и конической внутренней поверхностью. Размеры шайбы 6 и угол наклона внутренней поверхности определяются геометрией создаваемой электродами электронной линзы. Анодная шайба 6 соединена с изолятором 4, другая сторона которого соединена с выходным окном 8. Соответствующие электрические выводы 9 обеспечивают связь внешних источников питания с катодом 1 и электродами системы электростатической фокусировки 5 и 6.A glass or fiberglass inlet window 1 with a photocathode 2 deposited in vacuum on its inner side through a sealing ring, for example, an indium ring, is vacuum-tightly connected by cold pressing in vacuum to a shell consisting of washers 4, 5, 6 forming it. The other side of the shell is connected to the exit window 8, on the inside of which a luminescent screen is applied 7. The shell is made of glass, ceramic or plastic washers having a resistance of 10 ¹¹ -10 ¹² Ohms to prevent the accumulation of electric charge. These washers form electrostatic focusing electrodes, a focusing electrode 5 and anode 6, as well as insulators 4 separating the photocathode 2, electrodes 5 and 6, and a luminescent screen 7. Thus, the inlet window 1 is connected to the insulator 4 through an o-ring 3. Insulators 4 are cylinders, the length of which is determined by the geometry of the electronic lens. The ends of the insulators 4, as well as the sections of the ends of the washers connected to the insulators forming the electrodes 5 and 6, are polished and coated with a metal film for vacuum tight connection of the washers to increase adhesion. The shell-forming washers are connected to each other by glue, either due to cold adhesion under pressure, or by electroadhesion using accelerating electric field adhesion. To improve the contact of the electrical terminals of the image intensifier tubes with power supply sources, the outer edges of the ends of the washers, which are electrical terminals, have chamfers coated with a metal film. The insulator 4 connected to the output window 1 is connected to the washer 5 forming the focusing electrode on the other side. Said washer, for example, has the form of a cylinder with a front end and an inner surface coated with a metal film. The dimensions of the washer and the shape of the inner surface are determined by the geometry of the electronic lens created by the cathode 2 and electrodes 5 and 6, which is calculated by the known method of calculating electron-optical systems / 3 /. The washer 5 is connected to the insulator 4, the other side connected to the washer 6, forming the anode. The anode washer 6 has the form, for example, of a cylinder with a metal end coated with a metal film and a conical inner surface. The dimensions of the washer 6 and the angle of inclination of the inner surface are determined by the geometry of the electronic lens created by the electrodes. The anode washer 6 is connected to the insulator 4, the other side of which is connected to the output window 8. The corresponding electrical terminals 9 provide the connection of external power sources with the cathode 1 and electrodes of the electrostatic focusing system 5 and 6.

При необходимости устранения подушкообразной дисторсии для сжатия изображения на краях в оболочку может входить антидисторсионный электрод, выполненный в виде цилиндрической шайбы с покрытой металлической пленкой внутренней поверхностью. Антидисторсионный электрод размещается между анодом и выходным окном и отделяется от них изоляторами. If it is necessary to eliminate the pincushion distortion to compress the image at the edges, an anti-distortion electrode may be included in the shell, made in the form of a cylindrical washer with an inner surface coated with a metal film. An anti-distortion electrode is placed between the anode and the output window and is separated from them by insulators.

Предлагаемый трехэлектродный ЭОП работает следующим образом. Световой поток, падающий через входное окно 1 на фотокатод 2, вызывает эмиссию фотоэлектронов, число которых в любой точке пропорционально имеющейся там освещенности. На фокусирующий электрод 5 и анод 6 подано положительное напряжение (причем на аноде напряжение больше), создающее разность потенциалов между фотокатодом и указанными электродами. Электрическое поле, создаваемое электродами, стягивает электроны в узкий пучок, ускоряет и направляет к люминесцентному экрану 7 в точку, сопряженную с точкой вылета электронов из фотокатода 2. В точке попадания электронов на люминесцентом экране 7 возникает свечение, яркость которого пропорциональна количеству попавших в данную точку электронов. Полученное на экране изображение через выходное окно 8 поступает в глаз наблюдателя или на регистрирующий прибор. The proposed three-electrode image intensifier operates as follows. The light flux incident through the input window 1 to the photocathode 2 causes the emission of photoelectrons, the number of which at any point is proportional to the illumination there. A positive voltage is applied to the focusing electrode 5 and anode 6 (moreover, the voltage at the anode is higher), which creates a potential difference between the photocathode and the indicated electrodes. The electric field created by the electrodes pulls the electrons into a narrow beam, accelerates and directs to the luminescent screen 7 to a point conjugated with the electron exit point from the photocathode 2. At the point where the electrons hit the luminescent screen 7, a glow appears, the brightness of which is proportional to the number of those at this point electrons. The image obtained on the screen through the output window 8 enters the eye of the observer or the recording device.

Список использованных источников
1. Вакуумные электронные приборы/ А.Г. Берковский, В.А.Гаванин, И.Н.Зайдель, 2-е изд. перераб. и доп. М. Радио и связь, 1988, стр. 229-230.List of sources used
1. Vacuum electronic devices / A.G. Berkovsky, V.A. Gavanin, I.N. Zaydel, 2nd ed. reslave. and add. M. Radio and Communications, 1988, pp. 229-230.

2. Там же, стр. 232. 2. Ibid., P. 232.

3. Воробьев В.А. Фрейкман Б.Г. Моделирование на ЭВМ работы электронно-оптической системы усилителя яркости с электростатической фокусировкой// Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1979. Вып. 7. С. 54-59. 3. Vorobyov V.A. Freikman B.G. Computer simulation of the operation of an electron-optical system of a brightness amplifier with electrostatic focusing // Electronic Engineering. Ser. 4. Electrovacuum and gas-discharge devices. 1979. Issue 7.P. 54-59.

Claims

An electron-optical converter containing an input window with a photocathode located on it and an output window with a luminescent screen located on it, vacuum-tightly connected to the shell, electrostatic focusing electrodes and electrical leads, characterized in that the shell is made of washers of insulating material, while the electrodes of electrostatic focusing electrodes were installed with washers with the shape of the inner surface, repeating the shape of the inner surface of electrodes electrostatically focusing, and electrostatic focusing electrodes are made in the form of a metal film on the inner surface of these washers, the connected parts of the ends of all washers are polished and covered with a metal film, and the washers forming the shell of the vacuum are tightly connected to each other.