RU2571004C2

RU2571004C2 - High-voltage photosensitive device of proximity type

Info

Publication number: RU2571004C2
Application number: RU2014108841/07A
Authority: RU
Inventors: Михаил Рувимович Айнбунд; Олег Витальевич Алымов; Илья Вадимович Андреев; Елена Евгеньевна Левина; Андрей Владимирович Пашук; Иван Алексеевич Свищёв; Ольга Васильевна Чернова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон"
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-12-20
Also published as: RU2014108841A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: high-voltage photosensitive device of proximity type consists of vacuum sealed body, entrance gate with photocathode and anode approximated to it, with insulator and respective contact rings intended for power supply between photocathode and anode. A contact ring of the photocathode is placed between lateral side of the insulator and lateral side of the entrance gate; outer surface of the insulator is ribbed while its inner surface is made with stepped ledges inward the body in order to increase surface area of the insulator.

EFFECT: provided electrical strength and increased breakdown voltage of the device without essential increase in its body dimensions.

1 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтным фоточувствительным приборам, предназначенным для регистрации изображений низкого уровня освещенности. Данные системы могут быть использованы в научно-исследовательских целях, для специальных применений, а также в гражданской индустрии.The invention relates to high-voltage photosensitive devices for recording images of low light levels. These systems can be used for research purposes, for special applications, as well as in the civilian industry.

Известен класс фотоэлектронных приборов типа проксимити, предназначенных для регистрации оптических изображений, как правило, низкого уровня освещенности в различных спектральных диапазонах. Особенностью конструкции приборов типа проксимити (от англ. proximity - приближение) является малое расстояние между фотокатодом, преобразующим оптический сигнал в поток электронов, и экраном, формирующим изображение. Класс данных приборов включает электронно-оптические преобразователи для усиления яркости и фоточувствительные приборы для регистрации изображений в виде электрического сигнала. В первом случае экраном является люминесцентный слой на аноде, формирующий изображение в оптическом диапазоне, во втором случае экраном является электронно-чувствительная матрица ППЗ (прибор с переносом заряда), формирующая электрический сигнал.A known class of photoelectronic devices such as proximity is designed to record optical images, usually of low light levels in various spectral ranges. A feature of the design of devices of the proximity type (from the English proximity - approximation) is the small distance between the photocathode, which converts the optical signal into an electron stream, and the screen that forms the image. The class of these devices includes electron-optical converters for enhancing brightness and photosensitive devices for recording images in the form of an electrical signal. In the first case, the screen is a luminescent layer on the anode, which forms an image in the optical range, in the second case, the screen is an electron-sensitive SCR matrix (charge transfer device) that forms an electrical signal.

Известны патенты US №4178528 «Усилитель яркости для усиления ПЗС» (патент выдан 11.12.1979, US ARMY [US]), EP №0447238 «Усилитель яркости проксимити типа» (патент выд. 18.09.1991, Hamamatsu Photonics KK [JP]), US №4961026 «Близкофокусный усилитель яркости, имеющий стеклянное разделительное кольцо между фотокатодом и флоурисцентным экраном» (пат. выдан 02.10.1990, Proxitronic Funk GMBH & CO KG [DE]).Known US patents No. 4178528 "Luminance amplifier to enhance the CCD" (patent issued 11/12/1979, US ARMY [US]), EP No. 0447238 "Proximity type luminance amplifier" (patent issued on 18/18/1991, Hamamatsu Photonics KK [JP]) , US No. 4961026 "Close-focus brightness amplifier having a glass dividing ring between the photocathode and the fluorescent screen" (pat. Issued 02.10.1990, Proxitronic Funk GMBH & CO KG [DE]).

В данных работах описаны фоточувствительные приборы приксимити типа. В подобных приборах усиление обеспечивается за счет увеличения энергии потока электронов, разгоняемого под действием разности потенциалов между фотокатодом и анодом. Для того чтобы подать напряжение на фотокатод и анод в герметичном корпусе из изоляционного материала (например, керамики), как правило, монтируют специальные металлические кольца, т.н. контактные кольца. Таким образом, корпус прибора состоит из контактных металлических колец и изолятора между ними. Напряжение подается на соответствующие электроды прибора через контактные кольца. Максимальная разность потенциалов между контактными кольцами ограничивается толщиной изолятора между ними. Чем больше толщина изолятора, тем большую разность потенциалов можно обеспечить. Поэтому для увеличения подаваемого напряжения увеличивают расстояние между контактными кольцами. Недостатком данной конструкции является неизбежное увеличение габаритов корпуса с увеличением высоты изолятора.In these works, photosensitive devices of the proximity type are described. In such devices, amplification is provided by increasing the energy of the electron flux accelerated by the potential difference between the photocathode and the anode. In order to apply voltage to the photocathode and anode in a sealed enclosure made of insulating material (for example, ceramic), as a rule, special metal rings are mounted, the so-called contact rings. Thus, the housing of the device consists of contact metal rings and an insulator between them. Voltage is supplied to the corresponding electrodes of the device through slip rings. The maximum potential difference between the contact rings is limited by the thickness of the insulator between them. The greater the thickness of the insulator, the greater the potential difference can be achieved. Therefore, to increase the applied voltage, the distance between the contact rings is increased. The disadvantage of this design is the inevitable increase in the dimensions of the housing with an increase in the height of the insulator.

В патенте US №4178529 «Основание и корпус для ПЗС, расположенного внутри усилителя яркости» (выдан 11.12.1979, патентообладатель US ARMY [US]) описан фоточувствительный прибор проксимити типа, в котором изолятор в целях увеличения подаваемого напряжения выполнен с ребристой поверхностью с внешней и внутренней стороны корпуса прибора.In US patent No. 4178529 "The base and housing for the CCD located inside the brightness amplifier" (issued 11/12/1979, patent holder US ARMY [US]) describes a photosensitive device of the proximity type in which the insulator is made with a ribbed surface with an external and the inside of the device.

Электрическая прочность изолятора характеризуется величиной объемного и поверхностного сопротивления. Таким образом, чтобы увеличить электрическую прочность, увеличивают площадь поверхности изолятора за счет создания ребристой поверхности. Недостатком данного технического решения являются большие габариты корпуса. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.The dielectric strength is characterized by the volume and surface resistance. Thus, in order to increase the electric strength, increase the surface area of the insulator by creating a ribbed surface. The disadvantage of this technical solution is the large dimensions of the housing. This technical solution is selected as a prototype.

Задача, решаемая в данном изобретении, состоит в создании высоковольтного фоточувствительного прибора проксимити типа. Технический результат заключается в обеспечении электрической прочности и повышении пробивного напряжения прибора без существенного увеличения габаритов корпуса.The problem solved in this invention is to create a high-voltage photosensitive device of the proximity type. The technical result is to ensure electrical strength and increase the breakdown voltage of the device without significantly increasing the dimensions of the housing.

Это достигается за счет того, что в высоковольтном фоточувствительном приборе проксимити типа, состоящем из вакуумного герметичного корпуса, входного окна с фотокатодом и приближенного к нему анода, с изолятором и соответствующими контактными кольцами для подачи напряжения между фотокатодом и анодом, согласно настоящему изобретению контактное кольцо фотокатода расположено между боковой поверхностью изолятора и боковой поверхностью входного окна, внешняя поверхность изолятора выполнена ребристой, а внутренняя поверхность изолятора выполнена со ступенчатыми выступами.This is achieved due to the fact that in a high-voltage photosensitive device of the type proximity consisting of a vacuum sealed enclosure, an input window with a photocathode and an anode close to it, with an insulator and corresponding contact rings for supplying voltage between the photocathode and the anode, according to the present invention, the contact ring of the photocathode located between the side surface of the insulator and the side surface of the input window, the outer surface of the insulator is ribbed, and the inner surface of the insulator made with stepped protrusions.

Данная конструкция выполнена с целью увеличения расстояния по поверхности изолятора от одного электрода до другого. Благодаря этому достигает увеличение предельного значения поверхностного сопротивления изолятора и, соответственно, величины пробивного напряжения корпуса.This design is designed to increase the distance along the surface of the insulator from one electrode to another. Due to this, an increase in the limiting value of the surface resistance of the insulator and, accordingly, the value of the breakdown voltage of the housing reaches.

Данное техническое решение изображено на рис.1.This technical solution is shown in Fig. 1.

Высоковольтный фоточувствительный прибор приксимити типа содержит герметичный корпус 1, входное окно 2 с фотокатодом 3 и приближенный к нему анод 4, содержащий ПЗС матрицу или электронно-чувствительную ПЗС матрицу или др.A high-voltage photosensitive device of the type proximity contains a sealed enclosure 1, an input window 2 with a photocathode 3 and an anode 4 close to it, containing a CCD or electron-sensitive CCD or other

Герметичный корпус 1 состоит из керамического изолятора 5 особой формы, имеющего ребристую внешнюю поверхность 6 и ступенчатые выступы 7, заполняющие внутренний объем прибора. Благодаря внешней ребристой поверхности 6 и ступенчатым выступам 7 увеличивается площадь поверхности изолятора.The sealed housing 1 consists of a ceramic insulator 5 of a special shape, having a ribbed outer surface 6 and step ledges 7, filling the internal volume of the device. Due to the outer ribbed surface 6 and the stepped protrusions 7, the surface area of the insulator increases.

Диэлектрическое сопротивление по поверхности изолятора крайне критично к внешним воздействиям. Под воздействием внешней среды - температуры, влажности, а также под действием паров щелочных металлов в процессе изготовления фотокатода - поверхностное сопротивление изолятора резко снижается и может произойти пробой. Вследствие этого увеличение длины изоляционного промежутка по поверхности изолятора является более существенным, чем увеличение длины по объему изолятора. Для минимизации воздействия внешнюю поверхность 6 развивают, образуя, в частности, ребристую поверхность.The dielectric resistance on the surface of the insulator is extremely critical to external influences. Under the influence of the external environment - temperature, humidity, as well as under the influence of alkali metal vapors during the manufacture of the photocathode - the surface resistance of the insulator decreases sharply and breakdown can occur. As a result, an increase in the length of the insulating gap along the surface of the insulator is more substantial than an increase in length along the volume of the insulator. To minimize the impact, the outer surface 6 is developed, forming, in particular, a ribbed surface.

Контактное кольцо 8 фотокатода 3 расположено между боковой поверхностью изолятора 5 и боковой поверхностью входного окна 2, благодаря чему увеличивается расстояние по поверхности между электродами и, соответственно, значение величины поверхностного сопротивления по наружной стороне корпуса. Второе контактное кольцо 9 обеспечивает подачу напряжения на анод 4. Внутренняя поверхность изолятора между кольцами выполнена со ступенчатыми выступами 7, благодаря чему увеличивается длина пути по поверхности изолятора от одного электрода до другого, тем самым увеличивается значение величины поверхностного сопротивления с внутренней стороны корпуса.The contact ring 8 of the photocathode 3 is located between the side surface of the insulator 5 and the side surface of the input window 2, thereby increasing the distance along the surface between the electrodes and, accordingly, the value of the surface resistance on the outside of the housing. The second contact ring 9 provides voltage to the anode 4. The inner surface of the insulator between the rings is made with stepped protrusions 7, thereby increasing the path length along the surface of the insulator from one electrode to another, thereby increasing the value of surface resistance from the inside of the housing.

Прибор работает следующим образом. Для включения прибора на промежуток между фотокатодом и анодом подают разность потенциалов более 7 кВ. Это достигается за счет того, что на контактные кольца 8 и 9 герметичного корпуса подают напряжение, например на контактное кольцо 8 подают отрицательное напряжение более -7 кВ, тогда как второе контактное кольцо 9 заземлено. Напряжение через соответствующий электрод поступает на фотокатод 3 и обеспечивает формирование электрического поля между фотокатодом 3 и анодом 4.The device operates as follows. To turn on the device, a potential difference of more than 7 kV is supplied to the gap between the photocathode and anode. This is achieved due to the fact that voltage is applied to the contact rings 8 and 9 of the sealed housing, for example, a negative voltage of more than -7 kV is applied to the contact ring 8, while the second contact ring 9 is grounded. The voltage through the corresponding electrode is supplied to the photocathode 3 and ensures the formation of an electric field between the photocathode 3 and the anode 4.

Электромагнитное излучение, проходя через входное окно 2, поступает на фотокатод 3, где в результате фотоэффекта образуются электроны. Под действием электрического поля электроны вылетают из фотокатода 3 по направлению к аноду 4, на промежутке между фотокатодом и анодом разгоняются за счет ускоряющего напряжения и регистрируются на аноде, в результате чего формируется усиленный электрический сигнал. Данный сигнал считывается и выводится за пределы герметичного вакуумного корпуса 1 посредством специальных электродов (на рис. не показаны).Electromagnetic radiation, passing through the input window 2, enters the photocathode 3, where electrons are formed as a result of the photoelectric effect. Under the influence of an electric field, electrons fly out of the photocathode 3 towards the anode 4, in the gap between the photocathode and the anode they accelerate due to the accelerating voltage and are recorded at the anode, as a result of which an amplified electric signal is generated. This signal is read and displayed outside the sealed vacuum housing 1 by means of special electrodes (not shown in Fig.).

За счет увеличенного пути по поверхности изолятора 5 между контактными кольцами 8 и 9 обеспечивается повышение электрической прочности и пробивного напряжения прибора. За счет этого обеспечивается приложение большого ускоряющего напряжения между фотокатодом 3 и анодом 4, при этом достигается значительный коэффициент усиления, достаточный для регистрации сигналов низкого уровня освещенности.Due to the increased path along the surface of the insulator 5 between the contact rings 8 and 9, an increase in the electric strength and breakdown voltage of the device is provided. This ensures the application of a large accelerating voltage between the photocathode 3 and anode 4, while achieving a significant gain sufficient to register signals of a low level of illumination.

Благодаря специфической конструкции изолятора обеспечивается возможность увеличить разность потенциалов между контактными кольцами без существенного увеличения габаритов корпуса.Due to the specific design of the insulator, it is possible to increase the potential difference between the contact rings without significantly increasing the dimensions of the housing.

Claims

A high-voltage proximity sensor of the type consisting of a vacuum sealed enclosure, an input window with a photocathode and an anode close to it, an insulator and corresponding contact rings for supplying voltage between the photocathode and the anode according to the present invention is characterized in that the contact ring of the photocathode is located between the side surface insulator and the side surface of the entrance window, the outer surface of the insulator is ribbed, and the inner surface of the insulator is made with Step response projections.