RU2789721C2 - Method for increasing range of night vision systems, and devices for its implementation - Google Patents
Method for increasing range of night vision systems, and devices for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789721C2 RU2789721C2 RU2021115414A RU2021115414A RU2789721C2 RU 2789721 C2 RU2789721 C2 RU 2789721C2 RU 2021115414 A RU2021115414 A RU 2021115414A RU 2021115414 A RU2021115414 A RU 2021115414A RU 2789721 C2 RU2789721 C2 RU 2789721C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microchannel plate
- image
- screen
- voltage
- photocathode
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике ночного видения, а более конкретно к способу увеличения дальности действия систем ночного видения (СНВ), к способу увеличения коэффициента преобразования электронно-оптического преобразователя (ЭОП), к способу оптимизации формирования напряжений схемой электропитания, а также к СНВ, ЭОП и схеме электропитания, реализующих предлагаемый способ.The invention relates to night vision technology, and more specifically to a method for increasing the range of night vision systems (SNV), to a method for increasing the conversion factor of an image intensifier tube (IOC), to a method for optimizing the generation of voltages by a power supply circuit, as well as to NV, IOP and power supply circuit that implements the proposed method.
ЭОП в основном используются в приборах ночного видения, детекторах фотонов, в приборах для научных исследований, медицине, ядерных исследованиях, в астрономии, астрофизике и других областях знаний. Наибольшее распространение ЭОП получили в СНВ, поэтому рассмотрение предлагаемого изобретения будет рассмотрено применительно к использованию ЭОП в СНВ.Image intensifier tubes are mainly used in night vision devices, photon detectors, scientific research instruments, medicine, nuclear research, astronomy, astrophysics and other fields of knowledge. The most widely used image intensifier tubes are in START, so the consideration of the present invention will be considered in relation to the use of image intensifier tubes in START.
Приборы ночного видения применяются для работы в условиях недостаточной естественной освещенности. Например, при работе на местности в темное время суток, работе в пещерах, подвалах и т.д. При проведении данных работ освещенность местности может изменяться в очень широких пределах, например, от 1×10-5 лк до 1×105 лк. Освещенность фотокатода при этом обычно бывает на порядок меньше и может составлять от 1×10-6 лк до 1×104 лк. Высокая освещенность может иметь место в условиях ночного города, когда в поле зрения СНВ могут попасть фонари уличного освещения, фары автомобилей, ярко освещенные окна и другие высокоинтенсивные источники света. Низкая освещенность может иметь место при работе на открытой местности при отсутствии луны и звезд, при работе в пещерах или подвалах. Для удобства наблюдения желательно иметь оптимальную яркость приемника изображения ЭОП, например, люминесцентного экрана, при всех вышеуказанных значениях освещенности. Реально оптимальную яркость экрана ЭОП можно получить, примерно, в диапазоне освещенностей фотокатода от 1×104 лк до 2×10-4 лк, а при дальнейшем уменьшении освещенности фотокатода яркость экрана также уменьшается. Данная зависимость обеспечивается схемой автоматической регулировки яркости (АРЯ), входящей в состав источника питания ЭОП.Night vision devices are used to work in conditions of insufficient natural light. For example, when working on the ground at night, working in caves, basements, etc. When carrying out these works, the illumination of the area can vary over a very wide range, for example, from 1×10 -5 lux to 1×10 5 lux. The illumination of the photocathode in this case is usually an order of magnitude less and can range from 1×10 -6 lux to 1×10 4 lux. High illumination can occur in a city at night, when streetlights, car headlights, brightly lit windows and other high-intensity light sources can enter the field of view of START. Low light can occur when working in open areas in the absence of the moon and stars, when working in caves or cellars. For the convenience of observation, it is desirable to have the optimal brightness of the image intensifier tube, for example, a luminescent screen, at all the above illumination values. In fact, the optimal brightness of the image intensifier tube screen can be obtained approximately in the photocathode illumination range from 1×10 4 lux to 2×10 -4 lux, and with a further decrease in the photocathode illumination, the screen brightness also decreases. This dependence is provided by the automatic brightness control circuit (ADC), which is part of the image intensifier power supply.
В настоящее время используется способ подачи питающих напряжений на ЭОП, при котором на фотокатод подается импульсное напряжение. В первых работах по подаче импульсных напряжений на ЭОП (патенты США №4882481 от 21.11.1989 г. и №5146077 от 08.09.1992 г.) излагались лишь общие принципы подачи импульсных напряжений на фотокатод ЭОП. В них предлагалась поочередная подача положительных и отрицательных импульсов напряжения на фотокатод ЭОП и изменение длительности импульсов в зависимости от величины тока экрана или МКП, т.е. от величины освещенности фотокатода. При подаче на фотокатод отрицательного импульса напряжения ЭОП находится в рабочем состоянии и это соответствует рабочему циклу, при подаче на фотокатод положительного импульса напряжения фотоэлектроны, эмитируемые фотокатодом, попадают в тормозящее поле и возвращаются на фотокатод, что соответствует нерабочему циклу. Сумма длительностей рабочего и нерабочего циклов соответствует полной длительности цикла и определяется задающим генератором. При увеличении освещенности уменьшается длительность рабочего импульса и соответственно увеличивается длительность нерабочего импульса, за счет чего обеспечивается формирование изображения с автоматической регулировкой яркости экрана ЭОП при изменении освещенности. Далее были опубликованы работы с использованием вышеописанного способа подачи питающих напряжений (патенты США №5883381 от 16.03.1999 г., №5949063 от 07.09.1999 г., №6087649 от 11.07.2000 г., №6279494 от 02.10.2001 г., №6320180 от 20.11.2001 г.), которые уже могли быть использованы на практике. Во всех вышеперечисленных патентах для обеспечения работоспособности приборов в более широком диапазоне освещенностей введен "последовательный элемент", включенный между выходом умножителя МКП и самой МКП. Данный "последовательный элемент" представляет собой достаточно сложную схему управления высоковольтным MOSFET транзистором, на котором падает часть напряжения, вырабатываемого умножителем МКП, и соответственно уменьшается напряжение на самой МКП при высоких освещенностях. Этот способ подачи импульсного напряжений на фотокатод обеспечивает более высокое качество изображения в условиях высокой освещенности фотокатода, но не позволяет увеличить коэффициент преобразования ЭОП и, следовательно, увеличить дальность действия СНВ. At present, a method of supplying voltage to the image intensifier tube is used, in which a pulsed voltage is applied to the photocathode. In the first works on applying pulsed voltages to the image intensifier tube (US patents No. 4882481 dated November 21, 1989 and No. 5146077 dated September 8, 1992), only the general principles of applying pulsed voltages to the photocathode of the image intensifier tube were stated. They proposed alternately supplying positive and negative voltage pulses to the photocathode of the image intensifier tube and changing the duration of the pulses depending on the magnitude of the screen or MCP current, i.e. on the amount of illumination of the photocathode. When a negative voltage pulse is applied to the photocathode, the image intensifier tube is in working condition and this corresponds to the working cycle; when a positive voltage pulse is applied to the photocathode, the photoelectrons emitted by the photocathode enter the retarding field and return to the photocathode, which corresponds to the non-working cycle. The sum of the durations of the working and non-working cycles corresponds to the total duration of the cycle and is determined by the master oscillator. With an increase in illumination, the duration of the working pulse decreases and, accordingly, the duration of the non-working pulse increases, which ensures the formation of an image with automatic adjustment of the brightness of the image intensifier screen when the illumination changes. Further, works were published using the above method of applying supply voltages (US patents No. 5883381 dated March 16, 1999, No. 5949063 dated September 7, 1999, No. 6087649 dated July 11, 2000, No. 6279494 dated October 2, 2001, No. 6320180 dated November 20, 2001), which could already be used in practice. In all of the above patents, to ensure the operability of devices in a wider range of illumination, a "series element" is introduced, connected between the output of the MCP multiplier and the MCP itself. This "series element" is a rather complex control circuit for a high-voltage MOSFET transistor, on which part of the voltage generated by the MCP multiplier drops, and, accordingly, the voltage on the MCP itself decreases at high illumination. This method of applying pulsed voltage to the photocathode provides a higher image quality under conditions of high illumination of the photocathode, but does not allow increasing the conversion factor of the image intensifier tube and, consequently, increasing the range of the START.
В 2009 г. опубликован патент РФ2346353c1, (аналог) в котором предложен способ подачи импульсного напряжения не только на фотокатод, но и синхронно на микроканальную пластину (МКП). В ЭОП именно МКП определяет величину коэффициента преобразования, и увеличение напряжения на МКП соответственно увеличивает величину коэффициента преобразования (усиления) ЭОП. Задачей этого способа является снижение потребляемой мощности без ухудшения качества изображения за счет одновременной подачи импульсных напряжений на фотокатод и МКП и создание источника питания для ЭОП, реализующего предлагаемый способ. Сущность изобретения заключается в импульсном изменении напряжения на микроканальной пластине в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины и синхронно с изменением импульсного напряжения на фотокатоде, при этом во время рабочего цикла, то есть при подаче на фотокатод отрицательного импульса напряжения, микроканальную пластину с ее умножителем напряжения подключают к источнику питания, а при подаче на фотокатод положительного импульса напряжения микроканальную пластину с ее умножителем напряжения отключают от источника питания, причем подключение и отключение микроканальной пластины с ее умножителем напряжения от источника питания производят с использованием коммутатора микроканальной пластины и усилителя обратной связи коммутатора микроканальной пластины. В соответствии с данным способом патентуется и источник питания ЭОП в соответствии с выполненной задачей по снижению по снижению потребляемой мощности. Недостаток данного способа заключается в отсутствии оптимизации схемы электропитания ЭОП, что не позволяет увеличить коэффициент преобразования ЭОП и, следовательно, увеличить дальность действия СНВ, а также в некоторой нестабильности формируемого ЭОП изображения.In 2009, RF2346353c1 patent (analogue) was published, in which a method was proposed for applying a pulsed voltage not only to a photocathode, but also synchronously to a microchannel plate (MCP). In the image intensifier tube, it is the MCP that determines the value of the conversion coefficient, and an increase in the voltage on the MCP accordingly increases the value of the conversion coefficient (gain) of the image intensifier tube. The objective of this method is to reduce power consumption without degrading the image quality by simultaneously applying pulsed voltages to the photocathode and MCP and creating a power source for the image intensifier tube that implements the proposed method. The essence of the invention consists in a pulsed change in the voltage on the microchannel plate depending on the current of the screen or microchannel plate and synchronously with the change in the pulsed voltage on the photocathode, while during the operating cycle, that is, when a negative voltage pulse is applied to the photocathode, the microchannel plate with its voltage multiplier is connected to a power source, and when a positive voltage pulse is applied to the photocathode, the microchannel plate with its voltage multiplier is disconnected from the power source, and the connection and disconnection of the microchannel plate with its voltage multiplier from the power source is performed using the microchannel plate switch and the feedback amplifier of the microchannel plate switch . In accordance with this method, the power supply of the image intensifier tube is also patented in accordance with the task of reducing power consumption. The disadvantage of this method is the lack of optimization of the power supply circuit of the image intensifier tube, which does not allow to increase the conversion factor of the image intensifier tube and, consequently, increase the range of the START, as well as some instability of the generated image intensifier tube.
Один из недостатков аналога, а именно нестабильность формируемого изображения, устранен в соответствии со способом, предложенном в патенте на изобретение RU2714523C1. «Способ повышения стабильности формируемого изображения в устройствах ночного видения и устройства для его реализации» (прототип). В данном решении изложены причины появления нестабильности формируемого изображения и предложено формирование сигнала регулирования пропорционального величине импульсов тока экрана или микроканальной пластины свободного от помех, выполненного любым известным методом, что обеспечивает стабильность заднего фронта импульсов напряжения на микроканальной пластине и стабильность формируемого изображения. На основании данного способа, используемого в СНВ, ЭОП и в схеме электропитания, предложены соответственно СНВ, ЭОП и схема электропитания. Задачи по обеспечению стабильности формируемого изображения выполнены, однако данное решение не оптимизирует схему электропитания ЭОП, что не позволяет увеличить коэффициент преобразования ЭОП и, следовательно, увеличить дальность действия СНВ.One of the disadvantages of the analog, namely the instability of the formed image, is eliminated in accordance with the method proposed in the patent for the invention RU2714523C1. "Method of improving the stability of the formed image in night vision devices and devices for its implementation" (prototype). This solution describes the reasons for the appearance of instability of the formed image and proposes the formation of a control signal proportional to the magnitude of the current pulses of the screen or microchannel plate free from interference, made by any known method, which ensures the stability of the trailing edge of the voltage pulses on the microchannel plate and the stability of the formed image. Based on this method used in START, EOP and in the power supply circuit, START, EOP and power supply circuit are proposed, respectively. The tasks of ensuring the stability of the generated image have been fulfilled, however, this solution does not optimize the power supply circuit of the image intensifier tube, which does not allow increasing the conversion coefficient of the image intensifier tube and, consequently, increasing the range of the START.
Таким образом, способ повышения стабильности формируемого изображения в устройствах ночного видения, предлагаемый в прототипе, где используется сигнал регулирования пропорциональный величине импульсов тока экрана или микроканальной пластины свободный от помех, выполненный любым известным методом, имеет тот же недостаток, что и аналог, т.е. не оптимизированную схему электропитания ЭОП, недостаточную величину коэффициента преобразования ЭОП и, следовательно, недостаточную дальность действия СНВ.Thus, the method for increasing the stability of the formed image in night vision devices, proposed in the prototype, where a control signal is used proportional to the magnitude of the current pulses of the screen or microchannel plate, free from interference, performed by any known method, has the same drawback as the analog, i.e. . an unoptimized image intensifier power supply circuit, an insufficient value of the image intensifier conversion coefficient and, consequently, an insufficient range of the START.
Задачей изобретения является реализация следующих технических решений:The objective of the invention is the implementation of the following technical solutions:
- создание способа повышения дальности действия СНВ, увеличение коэффициента преобразования ЭОП со схемой электропитания и оптимизация схемы электропитания ЭОП; - creation of a method for increasing the range of the START, increasing the conversion factor of the image intensifier tube with a power supply circuit and optimizing the power supply circuit of the image intensifier tube;
- создание устройств типа СНВ, ЭОП со схемой электропитания и оптимизированной схемы электропитания ЭОП, использующих предлагаемый способ. - creation of devices such as START, image intensifier tube with a power supply circuit and an optimized image intensifier power supply circuit using the proposed method.
1. Поставленная задача решается тем, что в известном способе формирования изображения системой ночного видения, включающей: указанную систему ночного видения, имеющею объектив, получающий свет от наблюдаемой сцены и направляющий этот свет на электронно-оптический преобразователь, обеспечивающий видимое изображение наблюдаемой сцены и окуляр, обеспечивающий пользователю прибора ночного видения это видимое изображение, указанный электронно-оптический преобразователь включает фотокатод, получающий фотоны от сцены, и испускающий фотоэлектроны в образе, копирующем сцену, микроканальную пластину, получающую фотоэлектроны и обеспечивающую поток вторичных электронов в образе, копирующем сцену, экран, получающий поток вторичных электронов производящих видимое изображение копирующее сцену и схему электропитания, формирующую изображение путем формирования необходимых напряжений для электродов электронно-оптического преобразователя, заключающийся в поочередной подаче на фотокатод импульсов положительного и отрицательного напряжения, изменении длительности импульса отрицательного напряжения, соответствующего рабочему циклу, в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины, изменении напряжения микроканальной пластины, причем изменение напряжения на микроканальной пластине производят импульсно в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины и синхронно с изменением импульсного напряжения на фотокатоде, причем импульсы напряжения на микроканальной пластине, формируемые по величине тока экрана или микроканальной пластины, формируют сигнал регулирования, пропорциональный величине импульсов тока экрана или микроканальной пластины свободный от помех дом отличается тем, что формируют во время не рабочего цикла служебный импульс сброса, разряжающий микроканальную пластину и емкостные компоненты схемы электропитания, что снижает уровень сцинтилляционных явлений, увеличивают коэффициент преобразования ЭОП и, следовательно, дальность действия систем ночного видения.1. The problem is solved by the fact that in the known method of forming an image by a night vision system, including: the specified night vision system having a lens that receives light from the observed scene and directs this light to an image intensifier tube that provides a visible image of the observed scene and an eyepiece, providing the user of the night vision device with this visible image, said image intensifier tube includes a photocathode that receives photons from the scene and emits photoelectrons in an image that copies the scene, a microchannel plate that receives photoelectrons and provides a flow of secondary electrons in an image that copies the scene, a screen that receives the flow of secondary electrons producing a visible image copying the scene and the power supply circuit that forms the image by generating the necessary voltages for the electrodes of the electron-optical converter, which consists in alternately supplying pulses to the photocathode and negative voltage, changing the duration of the negative voltage pulse corresponding to the operating cycle, depending on the current of the screen or microchannel plate, changing the voltage of the microchannel plate, and the change in voltage on the microchannel plate is carried out in a pulse depending on the current of the screen or microchannel plate and synchronously with the change in the pulse voltage on the photocathode, and the voltage pulses on the microchannel plate, formed according to the current value of the screen or microchannel plate, form a control signal proportional to the magnitude of the current pulses of the screen or microchannel plate, the noise-free house is characterized by the fact that during the non-working cycle a service reset pulse is generated, which discharges the microchannel plate and the capacitive components of the power supply circuit, which reduces the level of scintillation phenomena, increases the image intensifier conversion coefficient and, consequently, the range of night vision systems.
2. Способ формирования изображения электронно-оптическим преобразователем со схемой электропитания, включающем: указанный электронно-оптический преобразователь, содержащий фотокатод, получающий фотоны от сцены, и испускающий фотоэлектроны в образе, копирующем сцену, микроканальную пластину, получающую фотоэлектроны и обеспечивающую поток вторичных электронов в образе, копирующем сцену, экран, получающий поток вторичных электронов производящих видимое изображение копирующее сцену и схему электропитания, формирующую изображение путем формирования необходимых напряжений для электродов электронно-оптического преобразователя, заключающийся в поочередной подаче на фотокатод импульсов положительного и отрицательного напряжения, изменении длительности импульса отрицательного напряжения, соответствующего рабочему циклу, в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины, изменении напряжения микроканальной пластины, причем изменение напряжения на микроканальной пластине производят импульсно в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины и синхронно с изменением импульсного напряжения на фотокатоде, причем импульсы напряжения на микроканальной пластине, формируемые по величине тока экрана или микроканальной пластины, формируют сигнал регулирования, пропорциональный величине импульсов тока экрана или микроканальной пластины свободный от помех отличается тем, что формируют во время не рабочего цикла служебный импульс сброса, разряжающий микроканальную пластину и емкостные компоненты схемы электропитания, что снижает уровень сцинтилляционных явлений, увеличивают коэффициент преобразования ЭОП и, следовательно, дальность действия систем ночного видения.2. A method for forming an image by an image intensifier tube with a power supply circuit, including: the specified image intensifier tube, containing a photocathode that receives photons from the scene and emits photoelectrons in an image that copies the scene, a microchannel plate that receives photoelectrons and provides a flow of secondary electrons in the image copying the scene, a screen receiving a stream of secondary electrons producing a visible image, copying the scene and a power supply circuit that forms the image by generating the necessary voltages for the electrodes of the electron-optical converter, which consists in alternately applying positive and negative voltage pulses to the photocathode, changing the duration of the negative voltage pulse, corresponding to the operating cycle, depending on the current of the screen or microchannel plate, a change in the voltage of the microchannel plate, and the change in voltage on the microchannel plate produces a pulse but depending on the current of the screen or microchannel plate and synchronously with the change in the pulsed voltage on the photocathode, and the voltage pulses on the microchannel plate, formed by the magnitude of the current of the screen or microchannel plate, form a control signal proportional to the magnitude of the current pulses of the screen or microchannel plate free from interference the fact that during a non-working cycle a reset service pulse is formed, which discharges the microchannel plate and the capacitive components of the power supply circuit, which reduces the level of scintillation phenomena, increases the conversion factor of the image intensifier tube and, consequently, the range of night vision systems.
3. Способ формирования изображения схемой электропитания электронно-оптического преобразователя, формирующей изображение путем создания необходимых напряжений для электродов электронно-оптического преобразователя заключающийся в поочередной подаче на фотокатод импульсов положительного и отрицательного напряжения, изменении длительности импульса отрицательного напряжения, соответствующего рабочему циклу, в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины, изменении напряжения микроканальной пластины, причем изменение напряжения на микроканальной пластине производят импульсно в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины и синхронно с изменением импульсного напряжения на фотокатоде, причем импульсы напряжения на микроканальной пластине, формируемые по величине тока экрана или микроканальной пластины, формируют сигнал регулирования, пропорциональный величине импульсов тока экрана или микроканальной пластины свободный от помех отличается тем, что формируют во время не рабочего цикла служебный импульс сброса, разряжающий микроканальную пластину и емкостные компоненты схемы электропитания, что снижает уровень сцинтилляционных явлений, увеличивают коэффициент преобразования ЭОП и, следовательно, дальность действия систем ночного видения. 3. The method of image formation by the power supply circuit of the image converter, which forms the image by creating the necessary voltages for the electrodes of the image converter, which consists in alternately applying positive and negative voltage pulses to the photocathode, changing the duration of the negative voltage pulse corresponding to the operating cycle, depending on the current screen or microchannel plate, changing the voltage of the microchannel plate, and the change in voltage on the microchannel plate is carried out pulsed depending on the current of the screen or microchannel plate and synchronously with the change in the pulsed voltage on the photocathode, and the voltage pulses on the microchannel plate, generated by the current value of the screen or microchannel plate , form a control signal proportional to the magnitude of the current pulses of the screen or microchannel plate, free from interference, differs in that it is formed during non-working which cycles the reset service pulse, which discharges the microchannel plate and the capacitive components of the power supply circuit, which reduces the level of scintillation phenomena, increases the conversion factor of the image intensifier tube and, consequently, the range of night vision systems.
4. Система ночного видения, имеющая объектив, получающий свет от наблюдаемой сцены и направляющая этот свет на электронно-оптический преобразователь, обеспечивающий видимое изображение наблюдаемой сцены и окуляр, обеспечивающий пользователю прибора ночного видения это видимое изображение, указанный электронно-оптический преобразователь включает фотокатод, получающий фотоны от сцены, и испускающий фотоэлектроны в образе, копирующем сцену, микроканальную пластину, получающую фотоэлектроны и обеспечивающую поток вторичных электронов в образе, копирующем сцену, экран, получающий поток вторичных электронов производящих видимое изображение копирующее сцену и схему электропитания, формирующую изображение путем формирования необходимых напряжений для электродов электронно-оптического преобразователя, заключающийся в поочередной подаче на фотокатод импульсов положительного и отрицательного напряжения, изменении длительности импульса отрицательного напряжения, соответствующего рабочему циклу, в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины, изменении напряжения микроканальной пластины, причем изменение напряжения на микроканальной пластине производят импульсно в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины и синхронно с изменением импульсного напряжения на фотокатоде, причем импульсы напряжения на микроканальной пластине, формируемые по величине тока экрана или микроканальной пластины, формируют сигнал регулирования, пропорциональный величине импульсов тока экрана или микроканальной пластины свободный от помех отличается тем, что содержит схему формирования служебного импульса сброса, который формируется во время не рабочего цикла и разряжает микроканальную пластину и емкостные компоненты схемы электропитания, что снижает уровень сцинтилляционных явлений и позволяет увеличить коэффициент преобразования ЭОП и, следовательно, дальность действия систем ночного видения. 4. A night vision system having a lens that receives light from the observed scene and directs this light to an electron-optical converter that provides a visible image of the observed scene and an eyepiece that provides the user of the night vision device with this visible image, the specified electron-optical converter includes a photocathode that receives photons from the scene, and emitting photoelectrons in an image that replicates the scene, a microchannel plate that receives photoelectrons and provides a stream of secondary electrons in an image that replicates the scene, a screen that receives a stream of secondary electrons that produce a visible image that replicates the scene and a power supply circuit that forms an image by generating the necessary voltages for electrodes of an electron-optical converter, which consists in alternately applying positive and negative voltage pulses to the photocathode, changing the duration of the negative voltage pulse corresponding to the operating cycle, in depending on the current of the screen or microchannel plate, changing the voltage of the microchannel plate, and the change in voltage on the microchannel plate is carried out impulsively depending on the current of the screen or microchannel plate and synchronously with the change in the pulsed voltage on the photocathode, and the voltage pulses on the microchannel plate, formed by the magnitude of the current of the screen or microchannel plate, form a control signal proportional to the magnitude of the current pulses of the screen or microchannel plate free from interference differs in that it contains a circuit for generating a service reset pulse, which is generated during a non-working cycle and discharges the microchannel plate and capacitive components of the power supply circuit, which reduces the level scintillation phenomena and allows you to increase the conversion factor of the image intensifier tube and, consequently, the range of night vision systems.
5. Электронно-оптический преобразователь со схемой электропитания, содержащий фотокатод, получающий фотоны от сцены, и испускающий фотоэлектроны в образе, копирующем сцену, микроканальную пластину, получающую фотоэлектроны и обеспечивающую поток вторичных электронов в образе, копирующем сцену, экран, получающий поток вторичных электронов производящих видимое изображение копирующее сцену и схему электропитания, формирующую изображение путем формирования необходимых напряжений для электродов электронно-оптического преобразователя, заключающийся в поочередной подаче на фотокатод импульсов положительного и отрицательного напряжения, изменении длительности импульса отрицательного напряжения, соответствующего рабочему циклу, в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины, изменении напряжения микроканальной пластины, причем изменение напряжения на микроканальной пластине производят импульсно в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины и синхронно с изменением импульсного напряжения на фотокатоде, причем импульсы напряжения на микроканальной пластине, формируемые по величине тока экрана или микроканальной пластины, формируют сигнал регулирования, пропорциональный величине импульсов тока экрана или микроканальной пластины свободный от помех отличается тем, что содержит схему формирования служебного импульса сброса, который формируется во время не рабочего цикла и разряжает микроканальную пластину и емкостные компоненты схемы электропитания, что снижает уровень сцинтилляционных явлений и позволяет увеличить коэффициент преобразования ЭОП и, следовательно, дальность действия систем ночного видения. 5. An image intensifier tube with a power supply circuit containing a photocathode that receives photons from the scene and emits photoelectrons in an image that copies the scene, a microchannel plate that receives photoelectrons and provides a stream of secondary electrons in an image that copies the scene, a screen that receives a stream of secondary electrons that produce a visible image that copies the scene and the power supply circuit that forms the image by generating the necessary voltages for the electrodes of the electron-optical converter, which consists in alternately applying positive and negative voltage pulses to the photocathode, changing the duration of the negative voltage pulse corresponding to the operating cycle, depending on the current of the screen or microchannel plate, changing the voltage of the microchannel plate, and the change in voltage on the microchannel plate is carried out in a pulse depending on the current of the screen or microchannel plate and synchronously with the change in the pulse voltage on the photocathode, and the voltage pulses on the microchannel plate, formed according to the value of the current of the screen or microchannel plate, form a control signal proportional to the value of the current pulses of the screen or microchannel plate free from interference differs in that it contains a circuit for generating a service reset pulse, which is formed during cycle time and discharges the microchannel plate and capacitive components of the power supply circuit, which reduces the level of scintillation phenomena and allows you to increase the conversion efficiency of the image intensifier tube and, consequently, the range of night vision systems.
6. Схема электропитания электронно-оптического преобразователя, формирующая изображение путем создания необходимых напряжений для электродов электронно-оптического преобразователя и обеспечивающая поочередную подачу на фотокатод импульсов положительного и отрицательного напряжения, изменение длительности импульса отрицательного напряжения, соответствующего рабочему циклу, в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины, изменение напряжения микроканальной пластины, причем изменение напряжения на микроканальной пластине производится импульсно в зависимости от тока экрана или микроканальной пластины и синхронно с изменением импульсного напряжения на фотокатоде, причем импульсы напряжения на микроканальной пластине, формируемые по величине тока экрана или микроканальной пластины, формируют сигнал регулирования, пропорциональный величине импульсов тока экрана или микроканальной пластины свободный от помех отличается тем, что содержит схему формирования служебного импульса сброса, который формируется во время не рабочего цикла и разряжает микроканальную пластину и емкостные компоненты схемы электропитания, что снижает уровень сцинтилляционных явлений и позволяет увеличить коэффициент преобразования ЭОП и, следовательно, дальность действия систем ночного видения. Fig. 6. The power supply circuit of the electron-optical converter, which forms an image by creating the necessary voltages for the electrodes of the image converter and providing alternate supply of positive and negative voltage pulses to the photocathode, changing the duration of the negative voltage pulse corresponding to the operating cycle, depending on the current of the screen or microchannel plate, changing the voltage of the microchannel plate, and the change in voltage on the microchannel plate is pulsed depending on the current of the screen or microchannel plate and synchronously with the change in the pulsed voltage on the photocathode, and the voltage pulses on the microchannel plate, generated by the value of the current of the screen or microchannel plate, form a signal regulation, proportional to the magnitude of the current pulses of the screen or microchannel plate, free from interference, differs in that it contains a circuit for generating a service reset pulse, which is formed during a non-working cycle and discharges the microchannel plate and capacitive components of the power supply circuit, which reduces the level of scintillation phenomena and allows you to increase the conversion efficiency of the image intensifier tube and, consequently, the range of night vision systems.
Предлагаемые решения, на наш взгляд, являются новыми и не следуют явным образом из уровня техники, т.к. влияние совокупности отличительных признаков на технический результат из уровня техники не известен.The proposed solutions, in our opinion, are new and do not follow explicitly from the prior art, because the influence of the set of distinctive features on the technical result from the prior art is not known.
На фиг. 1 показан график изменения величины разрешения ЭОП в зависимости от освещенности фотокатода, представленный автором доклада господином Léon A. Bosch. In FIG. Figure 1 shows a graph of the change in the resolution of the image intensifier tube depending on the illumination of the photocathode, presented by the author of the report, Mr. Léon A. Bosch.
На фиг. 2 показаны изображения миры 20 л/мм и 60 л/мм при различных уровнях света, представленные автором доклада господином Léon A. Bosch. In FIG. Figure 2 shows images of 20 l/mm and 60 l/mm targets at various light levels presented by the author of the report, Mr. Léon A. Bosch.
На фиг. 3 графики изменения величины разрешения двух ЭОП, имеющих разную величину коэффициента преобразования в зависимости от освещенности фотокатода. In FIG. 3 graphs of the change in the resolution value of two image intensifier tubes with different values of the conversion coefficient depending on the illumination of the photocathode.
Рассмотрим какие параметры определяют дальность действия ЭОП. Наиболее полно и понятно характеристики ЭОП, относительно сферы их применения изложены в докладе: Proceedings Volume 4128, Image Intensifiers and Applications II; (2000) https://doi.org/10.1117/12.405867. Event: International Symposium on Optical Science and Technology, 2000, San Diego, CA, United States. Автор Léon A. Bosch. Consider what parameters determine the range of the image intensifier tube. The most complete and understandable characteristics of the image intensifier tube, regarding the scope of their application, are presented in the report: Proceedings Volume 4128, Image Intensifiers and Applications II; (2000) https://doi.org/10.1117/12.405867. Event: International Symposium on Optical Science and Technology, 2000, San Diego, CA, United States. Written by Leon A. Bosch.
В его работе исследуются следующие характеристики ЭОП:In his work, the following characteristics of the image intensifier tube are studied:
- Отношение сигнал – шум (ОСШ);- Signal-to-noise ratio (SNR);
- Предельное разрешение, пар линий на 1 мм, л/мм;- Maximum resolution, pairs of lines per 1 mm, l/mm;
- Чувствительность фотокатода, микроампер на 1 люмен, мкА/лм;- Sensitivity of the photocathode, microamps per 1 lumen, µA/lm;
- Коэффициент усиления (коэффициент преобразования ЭОП) кд/м2/лк или fL/fc;- Gain (conversion factor of image intensifier tube) cd/m 2 /lx or fL/fc;
- Максимальная выходная яркость кд/м2 или fL;- Maximum output brightness cd/m 2 or fL;
- Эквивалент освещения фона (EBI, люкс, лк).- Equivalent background lighting (EBI, lux, lux).
Для оценки дальности действия СНВ из вышеприведенных характеристик нужно учитывать только коэффициент усиления, отношение сигнал - шум и предельное разрешение. Чувствительность является составляющей параметра отношение сигнал - шум, а максимальная выходная яркость и эквивалент освещения фона на дальность действия не влияют. Для понятия работы систем ночного видения изложим принцип их действия на основании отдельных разделов доклада Léon A. Bosch.From the above characteristics, only the gain, signal-to-noise ratio, and limiting resolution should be taken into account to estimate the range of the START. Sensitivity is a component of the signal-to-noise ratio, and the maximum output brightness and background illumination equivalent do not affect the range. To understand the operation of night vision systems, we will outline the principle of their operation based on individual sections of the report by Léon A. Bosch.
На фиг. 1 показан график изменения величины разрешения ЭОП в зависимости от освещенности фотокатода, представленный автором доклада господином Léon A. Bosch. Как видно из данного графика разрешение ЭОП растет с ростом освещенности фотокатода ЭОП. ЭОП усиливает свет. Если освещение наблюдаемой сцены отсутствует, то наблюдатель, не будет видеть никакого изображения, а будет видеть только беспорядочные вспышки на экране, что является темновым шумом ЭОП (сцинтилляционный шум). При некоторой небольшой освещенности сцены, и отсутствии непрерывного освещения, наблюдатель будет видеть большее количество вспышек, и они будут более интенсивные и яркие, "подобные граду". Здесь к темновому шуму ЭОП добавляются некоторое количество фотоэлектронов и соответственно вторичных электронов вышедших из каналов МКП, которые образованы от небольшой освещенности сцены. С дальнейшим ростом освещенности сцены, количество фотонов увеличивается и сначала появляется изображение на фоне шумов. В этом случае наблюдатель сцены при достижении разрешения пара штрихов на объект в соответствии с критериями Джонсона может обнаружить изображение объекта. На фиг 1 это отмечено вертикальной линией. В таком зашумлённым изображением не возможно увидеть мелкие детали изображения. Когда уровень света увеличивается ещё более, разрешение увеличивается, и начинают обнаруживаться, в зависимости от уровня света, всё более мелкие детали изображения. В этом случае наблюдатель сцены, при достижении разрешения 12,8 штрихов на объект, в соответствии с критериями Джонсона, может идентифицировать изображение объекта. На фиг 1 это отмечено вертикальной линией. В этом режиме, детали изображения присутствуют на фоне шума. Этот режим работы ЭОП называется "Предел счёта фотонов" или "Предел низкого уровня света". В этом режиме, качество изображения сцены зависит от уровня света. При малой освещенности фотокатода качество изображения определяется уровнем света. На фиг. 2 показаны изображения миры 20 л/мм и 60 л/мм при различных уровнях света, представленные автором доклада господином Léon A. Bosch. Как видно из представленных изображений при очень низких уровнях света, вообще не видно изображения мир. Изображение состоит из некоторого количества светлых пятен, но наблюдатель сцены не способен составить из них какую-либо картину. При более высоких уровнях света количество фотонов увеличивается, что приводит к более высокой плотности точек, формирующих изображения мир. Сначала становятся видимыми большие детали изображения (миры 20 л/мм), в то время как меньшие детали изображения все еще скрываются в шуме. При ещё более высоких уровнях света, эти маленькие детали изображения, такие как мира 60 л/мм, также становятся видимыми. Насколько высокое качество формируемого изображения будет видеть наблюдатель в окуляре СНВ, зависит от качества ЭОП, главным образом, от отношения сигнал-шум, предела разрешения и величины коэффициента преобразования.In FIG. Figure 1 shows a graph of the change in the resolution of the image intensifier tube depending on the illumination of the photocathode, presented by the author of the report, Mr. Léon A. Bosch. As can be seen from this graph, the resolution of the image intensifier tube increases with increasing illumination of the photocathode of the image intensifier tube. The image intensifier tube amplifies the light. If the observed scene is not illuminated, then the observer will not see any image, but will see only random flashes on the screen, which is the dark noise of the image intensifier tube (scintillation noise). With some small illumination of the scene, and the absence of continuous illumination, the observer will see more flashes, and they will be more intense and bright, "like a hail". Here, a certain amount of photoelectrons and, accordingly, secondary electrons that have emerged from the MCP channels, which are formed from a low illumination of the scene, are added to the dark noise of the image intensifier tube. With a further increase in the illumination of the scene, the number of photons increases and at first an image appears against the background of noise. In this case, the observer of the scene, upon reaching the resolution of a couple of strokes on the object in accordance with the Johnson criteria, can detect the image of the object. In Fig. 1 this is marked with a vertical line. In such a noisy image, it is not possible to see fine details of the image. As the light level increases even more, the resolution increases and, depending on the light level, finer details of the image begin to be detected. In this case, the observer of the scene, upon reaching a resolution of 12.8 strokes per object, in accordance with the Johnson criteria, can identify the image of the object. In Fig. 1 this is marked with a vertical line. In this mode, image details are present against the noise background. This mode of image intensifier tube operation is called "Photon Counting Limit" or "Low Light Limit". In this mode, the image quality of the scene depends on the light level. At low illumination of the photocathode, the image quality is determined by the level of light. In FIG. Figure 2 shows images of 20 l/mm and 60 l/mm targets at various light levels presented by the author of the report, Mr. Léon A. Bosch. As can be seen from the presented images at very low light levels, no image of the world is visible at all. The image consists of a number of bright spots, but the viewer of the scene is not able to make any picture out of them. At higher light levels, the number of photons increases, resulting in a higher density of dots that form images of the world. First, large image details (20 l/mm targets) become visible, while smaller image details are still obscured by noise. At even higher light levels, these small image details, such as 60 l/mm targets, also become visible. How high the quality of the formed image will be seen by the observer in the eyepiece of the START depends on the quality of the image intensifier tube, mainly on the signal-to-noise ratio, the resolution limit and the value of the conversion factor.
Если света достаточно, зашумлённость изображения пропадает. В этом случае качество изображения намного выше и определяется параметрами предел разрешения и частотно-контрастная характеристика. Оно не будет зависеть от значения освещенности. Этот режим уровня света называется "Предел фотонного шума" или "Диапазон высоких уровней света". If there is enough light, the image noise disappears. In this case, the image quality is much higher and is determined by the resolution limit and the frequency-contrast response. It will not depend on the illumination value. This light level mode is called "Photon Noise Limit" or "High Light Level Range".
В разделе усиление (коэффициент преобразования ЭОП) доклада Léon A. Bosch рассматривается влияние величины усиления с точки зрения сферы применения ЭОП. Для применений, связанных с непосредственным наблюдением, усиление яркости, выраженное в fL/fc имеет важное значение, и находится в диапазоне от 3х104 до 5.5х104 fL/fc для усилителя яркости изображения XD-4 и 5.5х104 fL/fc для трубки Omnibus IV Gen III. В диапазоне счёта фотонов, более высокое усиление увеличивает дальность действия СНВ, но это увеличение также увеличивает интенсивность шумов. Результирующий эффект состоит в том, что ОСШ, интегрированное по достаточно большой площади, будет все еще немного повышаться, но изображение сохраняет свой зашумлённый вид, потому что оно создано из дискретных событий, скрытых в шумовых событиях. Грубо можно сказать, что, начиная от усиления 3х104 fL/fc и более, изображение сохраняет одинаковое шумовое воздействие для наблюдателя в применениях, связанных с непосредственным наблюдением, когда усиление увеличивается. Таким образом Léon A. Bosch утверждает, что увеличивать усиление более 30000 fL/fc имеет мало смысла. Данное утверждение является спорным, т. к. ЭОП 2+ поколения «Photonis», модификация Intens 4G, имеет коэффициент преобразования от 31416÷62832, отношение сигнал-шум 28. Также ЭОП фирм США «Litton», «ITT» имеют коэффициент преобразования доходящий до 80000 fL/fc и имеют хорошее изображение формируемой сцены. ЭОП 3 поколения имеет ионно – барьерную пленку на входе МКП, которая закрывает 70 % ÷ 75 % каналов МКП и часть положительных ионов из каналов МКП она не пропускает на фотокатод для его бомбардировки, поэтому уровень шума позволяет повысить коэффициент преобразования до 80000 fL/fc. Из этого факта можно сделать однозначный вывод, что при ограничении количества положительных ионов, бомбардирующих фотокатод, коэффициент преобразования можно увеличивать до 80000 fL/fc и более. The Gain (Image Intensifier Conversion Factor) section of Léon A. Bosch discusses the impact of the gain value from the point of view of the scope of the Image Intensifier. For direct observation applications, the gain expressed in fL/fc is important and ranges from 3x10 4 to 5.5x10 4 fL/fc for the XD-4 image intensifier and 5.5x10 4 fL/fc for the tube Omnibus IV Gen III. In the photon counting range, a higher gain increases the range of the START, but this increase also increases the intensity of the noise. The net effect is that the SNR integrated over a sufficiently large area will still rise slightly, but the image retains its noisy appearance because it is made up of discrete events hidden in the noise events. Roughly speaking, from a gain of 3 x 10 4 fL/fc and more, the image retains the same noise impact on the observer in direct observation applications as the gain is increased. Thus, Léon A. Bosch argues that increasing the gain above 30,000 fL/fc makes little sense. This statement is disputable, because the image intensifier tube of the 2+ generation "Photonis", a modification of Intens 4G, has a conversion coefficient from 31416 ÷ 62832, the signal-to-noise ratio is 28. Also, the image intensifier tubes of the US firms "Litton", "ITT" have a conversion coefficient up to 80000 fL/fc and have a good image of the formed scene. Image intensifier of the 3rd generation has an ion-barrier film at the MCP input, which closes 70% ÷ 75% of the MCP channels and does not let part of the positive ions from the MCP channels to the photocathode for its bombardment, so the noise level allows increasing the conversion factor to 80000 fL/fc. From this fact, it can be unambiguously concluded that by limiting the number of positive ions bombarding the photocathode, the conversion factor can be increased to 80,000 fL/fc or more.
На фиг. 3 показаны графики изменения величины разрешения двух ЭОП, имеющих разную величину коэффициента преобразования в зависимости от освещенности фотокатода. График для ЭОП с меньшим коэффициентом преобразования взят из данных, приведенных Léon A. Bosch, второй график приведен для ЭОП с большим коэффициентом преобразования. Как видно из данных графиков величина освещенности, соответствующая термину идентификация, согласно критериям Джонсона (12 шт/мм), для первого ЭОП обеспечивается при величине освещенности ориентировочно 8*10-5 лк, а для второго ЭОП ориентировочно 6*10-6 лк. Учитывая, что величина освещенности уменьшается в зависимости от квадрата расстояния от наблюдателя до рассматриваемой сцены, то дальность действия второго ЭОП превосходит дальность действия первого ЭОП ориентировочно в 3,6 раза. Большой разброс по освещенностям взят для получения более понятного графика. Как видно из графиков, приведенных на фиг. 3, критерии Джонсона, при всех уровнях освещенности, у второго ЭОП лучше, чем у первого. Критерии Джонсона приведены в таблицах 1 и 2.In FIG. Figure 3 shows graphs of the change in the resolution of two image intensifier tubes with different values of the conversion coefficient depending on the illumination of the photocathode. The graph for an image intensifier tube with a lower conversion factor is taken from the data provided by Léon A. Bosch, the second graph is for an image intensifier tube with a large conversion factor. As can be seen from these graphs, the illumination value corresponding to the term identification, according to the Johnson criteria (12 pcs/mm), for the first image intensifier tube is provided at an illumination value of approximately 8 * 10 -5 lux, and for the second image intensifier tube, approximately 6 * 10 -6 lux. Given that the amount of illumination decreases depending on the square of the distance from the observer to the scene under consideration, the range of the second image intensifier tube exceeds the range of the first image tube by approximately 3.6 times. A large spread in illumination was taken to obtain a more understandable graph. As can be seen from the graphs shown in Fig. 3, Johnson's criteria, at all illumination levels, the second image intensifier tube is better than the first one. The Johnson criteria are shown in Tables 1 and 2.
Критерий ДжонсонаJohnson criterion
Таблица 1Table 1
Джонсон в своей работе выделил 4 уровня различения — обнаружение, ориентация, опознавание, идентификация. Сам Джонсон никак формально не определил эти понятия, это сделал впоследствии Lucien Biberman (табл. 2).Johnson in his work identified 4 levels of distinction - detection, orientation, identification, identification. Johnson himself did not formally define these concepts in any way; Lucien Biberman did this later (Table 2).
Определение уровней различенияDetermining levels of discrimination
Таблица 2table 2
Целью работы является увеличение коэффициента преобразования (усиления) электронно-оптических преобразователей ЭОП 2+ и ЭОП 3 поколений за счет оптимизации подачи питающих напряжений на электроды серийно выпускаемых и вновь разрабатываемых ЭОП (на фотокатод, на микроканальную пластину и на экран). Оптимизация подачи питающих напряжений позволяет увеличить коэффициент преобразования ЭОП и увеличить дальность действия систем ночного видения, а также повысить характеристики приборов с использованием ЭОП, которые применяются в исследованиях физики плазмы, медицине, ядерных исследованиях, в астрономии, астрофизике и других областях знаний. Производители ЭОП называют ЭОП без схемы электропитания вакуумный блок. После стыковки вакуумного блока со схемой электропитания получается готовый ЭОП. Для решения вопроса по оптимизации схемы электропитания подходящей, как для серийно выпускаемых ЭОП, так и вновь разрабатываемых ЭОП были исследованы макеты схем электропитания ЭОП, выполненные в соответствии с прототипом, т. е. по патенту RU2714523C1, с питанием фотокатода и МКП импульсными напряжениями и использованием сигнала регулирования, пропорционального величине импульсов тока экрана или микроканальной пластины свободного от помех. Было проведено несколько десятков различных экспериментов с доработкой макетов схем электропитания и подачей в начале не рабочего цикла дополнительных импульсов на фотокатод, МКП и различные участки схемы электропитания. Результаты исследования макетных образцов показали, что подача дополнительных импульсов, обеспечивающих разрядку емкостных компонентов схемы электропитания, фотокатода и МКП, подаваемых в течение времени не рабочего цикла, позволяет снизить количество положительных ионов, образующихся в каналах МКП и бомбардирующих фотокатод. Оценка проводилась визуально по наблюдению на экране вакуумного блока интенсивности и яркости вспышек. Дополнительные импульсы примерно выполняют такую же функцию, как разрядники на электроустановках, в которых при открывании крышки источники питания автоматически отключаются, а их выходы через ограничивающие резисторы соединяются с землей. Т.е. дополнительные импульсы на короткое время отключают питающие напряжения от фотокатода, МКП и емкостных компонентов схемы электропитания, это позволяет достаточно быстро разрядить вышеуказанные элементы схемы электропитания и элементы, входящие в состав вакуумного блока. При разрядке МКП и фотокатода они не работают и в каналах МКП не образуются положительные ионы, бомбардирующие фотокатод, а фотоэлектроны, выходящие из фотокатода, не могут попасть на МКП. Уровень шумовых помех, видимых на экране вакуумного блока, значительно уменьшается. После окончания дополнительных импульсов и начала рабочего цикла происходит зарядка фотокатода МКП и емкостных компонентов схемы электропитания. Из-за малой мощности схемы электропитания зарядка происходит не очень быстро и в это время положительных ионов образуется не много. При длительности полного цикла, например, 10 мс, длительность дополнительных импульсов может быть порядка 1 мс, это несколько снижает величину коэффициента преобразования, но как показывают результаты исследования для компенсации снижения коэффициента преобразования достаточно увеличить напряжение на МКП примерно на 10 В ÷ 15 В, что не является каким-либо принципиальным моментом. При наблюдении сцены с использованием предлагаемого СНВ, с предлагаемым ЭОП и схемой электропитания, сам ЭОП может быть датчиком освещенности наблюдаемой сцены. Величина тока экрана или тока с выхода МКП будет эквивалентна освещенности наблюдаемой сцены. В настоящее время имеются электронные компоненты, позволяющие выполнять автоматическую регулировку коэффициента преобразования ЭОП (изменять величину напряжения на МКП) в зависимости от величины тока экрана или тока с выхода МКП, т. е. в зависимости от уровня освещенности наблюдаемой сцены. Однако целесообразно даже при использовании автоматической регулировки коэффициента преобразования ЭОП совместить ее с ручной регулировкой. Ручная регулировка может выполняться поворотом ручки потенциометра или с использованием кнопки. При выполнении регулировки с использованием кнопки обычно используется следующий алгоритм. При однократном кратковременном включении выполняется увеличение коэффициента преобразования. При однократном длительном включении (например, больше 1 секунды) рост коэффициента преобразования прекращается и остается постоянным на данном уровне усиления. При двойном кратковременным включением выполняется снижение коэффициента преобразования, а при однократном длительном включении рост коэффициента преобразования прекращается. Ручная регулировка с одновременным автоматическим регулированием целесообразна из-за зрительных особенностей различных операторов. Некоторым операторам автоматическая регулировка обеспечивает оптимальные условия наблюдения, а другим операторам требуется корректировка коэффициента преобразования ЭОП, для получения оптимальных условий наблюдения рассматриваемой сцены. Проведенные эксперименты показали возможность увеличения коэффициента преобразования ЭОП 2+ поколения с 25000 ÷ 30000 до 60000 ÷ 80000, а ЭОП 3 поколения с 50000 до 120000.The aim of the work is to increase the conversion coefficient (gain) of image intensifier tubes of 2+ and 3 generation image intensifier tubes by optimizing the supply voltage to the electrodes of commercially available and newly developed image intensifier tubes (to the photocathode, to the microchannel plate and to the screen). Optimization of the supply voltage supply makes it possible to increase the conversion factor of the image intensifier tube and increase the range of night vision systems, as well as to improve the characteristics of devices using image intensifier tubes, which are used in plasma physics research, medicine, nuclear research, astronomy, astrophysics and other fields of knowledge. Image intensifier manufacturers call an image intensifier tube without a power supply circuit a vacuum unit. After docking the vacuum unit with the power supply circuit, a finished image intensifier tube is obtained. To solve the problem of optimizing the power supply circuit suitable for both mass-produced image intensifier tubes and newly developed image intensifier tubes, the models of image intensifier power supply circuits made in accordance with the prototype, i.e. according to patent RU2714523C1, were studied with the photocathode and control signal proportional to the magnitude of the current pulses of the screen or microchannel plate free from interference. Several dozens of different experiments were carried out with the refinement of power supply circuit layouts and the supply of additional pulses to the photocathode, MCP and various sections of the power supply circuit at the beginning of a non-working cycle. The results of the study of prototype samples showed that the supply of additional pulses that ensure the discharge of the capacitive components of the power supply circuit, the photocathode, and the MCP, supplied during the non-working cycle time, makes it possible to reduce the number of positive ions formed in the channels of the MCP and bombarding the photocathode. The evaluation was carried out visually by observing the intensity and brightness of flashes on the screen of the vacuum unit. Additional impulses roughly perform the same function as arresters in electrical installations, in which, when the cover is opened, the power supplies are automatically turned off, and their outputs are connected to ground through limiting resistors. Those. additional pulses briefly disconnect the supply voltages from the photocathode, MCP and capacitive components of the power supply circuit, this allows you to quickly discharge the above elements of the power supply circuit and the elements that are part of the vacuum unit. When the MCP and photocathode are discharged, they do not work, and positive ions bombarding the photocathode are not formed in the channels of the MCP, and photoelectrons emerging from the photocathode cannot reach the MCP. The level of noise interference visible on the screen of the vacuum block is significantly reduced. After the end of additional pulses and the beginning of the working cycle, the MCP photocathode and capacitive components of the power supply circuit are charged. Due to the low power of the power supply circuit, charging is not very fast and at this time there are not many positive ions formed. With a full cycle duration, for example, 10 ms, the duration of additional pulses can be on the order of 1 ms, which somewhat reduces the conversion factor, but as the results of the study show, to compensate for the reduction in the conversion factor, it is enough to increase the voltage on the MCP by about 10 V ÷ 15 V, which is not a matter of principle. When observing a scene using the proposed START, with the proposed image intensifier tube and power supply circuit, the image intensifier tube itself can be an illumination sensor of the observed scene. The value of the screen current or the current from the output of the MCP will be equivalent to the illumination of the observed scene. Currently, there are electronic components that allow you to automatically adjust the conversion factor of the image intensifier tube (change the voltage value at the MCP) depending on the value of the screen current or the current from the MCP output, i.e., depending on the level of illumination of the observed scene. However, it is advisable even when using automatic adjustment of the conversion factor of the image intensifier tube to combine it with manual adjustment. Manual adjustment can be made by turning the potentiometer knob or by using the button. When making adjustments using a button, the following algorithm is usually used. With a single short-term inclusion, an increase in the conversion factor is performed. When turned on once for a long time (for example, more than 1 second), the increase in the conversion factor stops and remains constant at this gain level. With a double short-term switching on, the conversion coefficient is reduced, and with a single long-term switching on, the growth of the conversion coefficient stops. Manual adjustment with simultaneous automatic adjustment is useful due to the visual characteristics of different operators. For some operators, automatic adjustment provides optimal viewing conditions, and for other operators, image intensifier conversion coefficient adjustment is required to obtain optimal viewing conditions for the scene in question. The experiments performed showed the possibility of increasing the conversion factor of the 2+ generation image intensifier tube from 25000 ÷ 30000 to 60000 ÷ 80000, and the 3 generation image intensifier tube from 50000 to 120000.
Таким образом, поставленная задача по созданию способа повышения дальности действия СНВ, увеличению коэффициента преобразования ЭОП со схемой электропитания, оптимизации схемы электропитания ЭОП и по созданию устройств типа СНВ, ЭОП со схемой электропитания и оптимизированной схемы электропитания ЭОП решена в полном объеме, что подтверждено результатами испытания макетных образцов источников питания, ЭОП и СНВ, которые показали возможность повышения коэффициента преобразования ЭОП 2+ поколения и 3 поколения более чем в 2 раза и увеличения дальности действия систем ночного видения более чем в 1,5 раза.Thus, the task set to create a method for increasing the range of START, increasing the conversion factor of an image intensifier tube with a power supply circuit, optimizing the power supply circuit of an image intensifier tube and creating devices such as START, an image intensifier tube with a power supply circuit and an optimized power supply circuit of an image intensifier tube has been solved in full, which is confirmed by the test results prototype models of power sources, image intensifier tubes and strategic offensive weapons, which showed the possibility of increasing the conversion factor of the 2+ generation and 3 generation image intensifier tubes by more than 2 times and increasing the range of night vision systems by more than 1.5 times.
Claims (6)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021115414A RU2021115414A (en) | 2022-11-30 |
| RU2789721C2 true RU2789721C2 (en) | 2023-02-07 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5204522A (en) * | 1990-05-08 | 1993-04-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for driving a photoelectric device and a method for driving an image intensifier using the photocathode device |
| RU2097790C1 (en) * | 1995-11-09 | 1997-11-27 | Геннадий Александрович Бондалетов | Active-pulse night vision device |
| RU2346353C1 (en) * | 2007-07-27 | 2009-02-10 | ООО "Импульс" | Method of supplying power voltages to electro-optical converter and device for its implementation |
| RU2714523C1 (en) * | 2019-01-10 | 2020-02-18 | ЗАО "Экран ФЭП" | Method for increasing stability of a formed image in night vision devices and a device for realizing said |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5204522A (en) * | 1990-05-08 | 1993-04-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for driving a photoelectric device and a method for driving an image intensifier using the photocathode device |
| RU2097790C1 (en) * | 1995-11-09 | 1997-11-27 | Геннадий Александрович Бондалетов | Active-pulse night vision device |
| RU2346353C1 (en) * | 2007-07-27 | 2009-02-10 | ООО "Импульс" | Method of supplying power voltages to electro-optical converter and device for its implementation |
| RU2714523C1 (en) * | 2019-01-10 | 2020-02-18 | ЗАО "Экран ФЭП" | Method for increasing stability of a formed image in night vision devices and a device for realizing said |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5146077A (en) | Gated voltage apparatus for high light resolution and bright source protection of image intensifier tube | |
| US6121600A (en) | Integrated night vision device and laser range finder | |
| US6278104B1 (en) | Power supply for night viewers | |
| US5949063A (en) | Night vision device having improved automatic brightness control and bright-source protection, improved power supply for such a night vision device, and method of its operation | |
| RU2789721C2 (en) | Method for increasing range of night vision systems, and devices for its implementation | |
| WO1999005697A1 (en) | Night vision device having improved automatic brightness control | |
| EP1121568B1 (en) | Laser range finder and night vision device | |
| RU90933U1 (en) | ELECTRON-OPTICAL CONVERTER | |
| GB770238A (en) | Improvements in or relating to image intensifying devices | |
| JP6178263B2 (en) | Power supply unit for image intensifier with adjusted performance | |
| US20040099793A1 (en) | Image intensifier | |
| US9230783B2 (en) | Clamped cathode power supply for image intensifier | |
| US6297494B1 (en) | Method and system for enhanced vision employing an improved image intensifier with a gated power supply and reduced halo | |
| Bender et al. | Characterization of domestic and foreign image intensifier tubes | |
| RU2040015C1 (en) | Active-pulse night-viewing device | |
| JP2001319604A (en) | Circuit for protecting photoelectric cathode of image intensifier | |
| Floryan et al. | New image intensifier family for military and homeland defense | |
| CA2331424C (en) | Night viewer and laser range finder | |
| JPH05191814A (en) | Display device | |
| RU2193224C2 (en) | Procedure to turn on electron-optical converter with microchannel plate | |
| van Geest et al. | Gated image intensifiers and applications | |
| RU2330348C2 (en) | Photo receiver | |
| SU43925A1 (en) | Device for transmitting vision | |
| Beurle et al. | An experimental image storage tube for the detection of weak optical images of low contrast | |
| GB665737A (en) | Improvements in television systems |