RU99241U1

RU99241U1 - Shock-resistant ELECTRON-OPTICAL CONVERTER

Info

Publication number: RU99241U1
Application number: RU2010124136/07U
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Вычегжанин; Валерий Иванович Гугучкин; Андрей Валерьевич Гугучкин; Геннадий Николаевич Попов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Экран-оптические системы"
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2010-11-10

Abstract

1. Удароустойчивый электронно-оптический преобразователь, содержащий цилиндрический тонкостенный пластмассовый кожух с центральным отверстием на его торцевой стенке, в котором соосно ему установлены высоковольтный источник питания и вакуумная трубка с входным и выходным оптическими окнами, содержащая фотокатод, микроканальную пластину и экран, причем вакуумная трубка установлена входным оптическим окном со стороны центрального отверстия, а пространство между боковыми стенками кожуха, вакуумной трубкой и высоковольтным источником питания заполнено герметизирующим резиноподобным составом, отличающийся тем, что торцевая стенка кожуха выполнена с двумя отбортовками, первая из которых выполнена на внешней стороне торцевой стенки по контуру боковой стенки кожуха, а вторая - на внутренней стороне торцевой стенки по контуру центрального отверстия, при этом торцевая стенка кожуха вокруг центрального отверстия подпружинена и выгнута наружу посредством уплотняющего кольца, установленного между ней и входным оптическим окном вакуумной трубки, а пространство между торцевой стенкой кожуха, уплотняющим кольцом, вакуумной трубкой и высоковольтным источником питания заполнено герметизирующим резиноподобным составом. ! 2. ЭОП по п.1, отличающийся тем, что отбортовки имеют кольцевую форму. ! 3. ЭОП по п.1, отличающийся тем, что в качестве герметизирующего резиноподобного состава использован полимерный материал. 1. An impact-resistant electron-optical converter, comprising a cylindrical thin-walled plastic casing with a central hole on its end wall, in which a high-voltage power supply and a vacuum tube with an input and output optical windows containing a photocathode, a microchannel plate and a screen are installed coaxially with the vacuum tube installed by the input optical window from the side of the central hole, and the space between the side walls of the casing, the vacuum tube and the high-voltage source the titanium is filled with a sealing rubber-like composition, characterized in that the end wall of the casing is made with two flanges, the first of which is made on the outer side of the end wall along the contour of the side wall of the casing, and the second on the inner side of the end wall along the contour of the central hole, while the end wall the casing around the central hole is spring-loaded and bent outward by means of a sealing ring installed between it and the input optical window of the vacuum tube, and the space between the end oh the wall of the housing, a sealing ring, a vacuum tube and a high voltage power source sealing rubber-filled composition. ! 2. The image intensifier element according to claim 1, characterized in that the flanges have an annular shape. ! 3. The image intensifier according to claim 1, characterized in that the polymer material is used as a sealing rubber-like composition.

Description

Полезная модель относится к области электронной техники, а именно, к малогабаритным электронно-оптическим преобразователям (ЭОП), предназначенным для применения в приборах ночного видения, которые подвергаются значительным механическим нагрузкам, прежде всего, в ночных прицелах.The utility model relates to the field of electronic technology, namely, to small-sized electron-optical converters (EOP), intended for use in night vision devices that are subjected to significant mechanical stress, especially in night sights.

Для достижения высокой разрешающей способности в ЭОП уменьшают диаметр каналов микроканальной пластины (МКП) и расстояния от фотокатода до МКП и от МКП до экрана. Уменьшение диаметра каналов приводит к уменьшению толщины МКП. В процессе эксплуатации в составе ночных или дневно-ночных прицелов на ЭОП воздействуют большие механические нагрузки. Во время выстрела из тяжелого оружия с установленным на нем ночным прицелом тонкая МКП не выдерживает значительных механических нагрузок и может разрушиться. С другой стороны, во время выстрела тонкая МКП имеет значительную амплитуду вибрации, в результате чего расстояние между МКП и экраном в какой-то момент становится слишком малым и достаточным для локального увеличения напряженности поля, возникновения необратимых пробоев промежутка МКП-экран и появления светящихся автоэмиссионных точек. ЭОП, а вместе с ним ночной прицел при этом выходят из строя.To achieve high resolution in the image intensifier tubes, the channel diameter of the microchannel plate (MCP) and the distance from the photocathode to the MCP and from the MCP to the screen are reduced. Reducing the diameter of the channels leads to a decrease in the thickness of the MCP. During operation as part of night or day-night sights, large mechanical loads act on the image intensifier tubes. During a shot from a heavy weapon with a night sight mounted on it, a thin MCP cannot withstand significant mechanical stresses and can be destroyed. On the other hand, during the shot, the thin MCP has a significant vibration amplitude, as a result of which the distance between the MCP and the screen at some point becomes too small and sufficient to locally increase the field strength, cause irreversible breakdowns of the MCP screen gap and the appearance of luminous field emission points . The image intensifier tubes, and with it the night sight, fail.

Известны электронно-оптические преобразователи, например, изготавливаемые ОАО «Катод», в частности, ЭПМ 102Г САГР 6349-010-99ТУ. Указанный ЭОП имеет тонкостенный пластмассовый кожух цилиндрической формы с плоской торцевой стенкой, в котором размещены вакуумная трубка с фотокатодом, МКП и экраном и высоковольтный источник питания. ЭОП такой конструкции имеет недостаточную удароустойчивость, что ограничивает его применение в прицелах для стрелкового оружия.Known electron-optical converters, for example, manufactured by JSC "Cathode", in particular, EPM 102G SAGR 6349-010-99TU. The specified image intensifier tube has a thin-walled plastic casing of a cylindrical shape with a flat end wall, in which a vacuum tube with a photocathode, an MCP and a screen, and a high-voltage power supply are placed. An image intensifier tube of this design has insufficient impact resistance, which limits its use in sights for small arms.

Известна конструкция фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) и ЭОП, в которой для защиты МКП от чрезмерных механических нагрузок используется каскадная схема расположения МКП, когда несколько МКП прижимаются одна к другой (Патент США №5,510,673 от 23.04.1996 г.).A known construction of photomultiplier tubes (PMTs) and EOPs, in which a cascade arrangement of MCPs is used when several MCPs are pressed against each other to protect the MCP from excessive mechanical loads (US Patent No. 5,510,673 of 04/23/1996).

Эта конструкция также имеет недостаточную удароустойчивость. Кроме того, необходимо удвоенное высокое напряжение для последовательной схемы питания МКП. При этом имеет место неизбежное ухудшение равномерности яркости и качества изображения по экрану в связи с неточным совпадением каналов одной пластины с другой, поэтому эта конструкция применяется главным образом в ФЭУ.This design also has insufficient impact resistance. In addition, doubled high voltage is required for the serial power supply circuit of the MCP. In this case, there is an inevitable deterioration in the uniformity of brightness and image quality on the screen due to inaccurate coincidence of the channels of one plate with another, therefore this design is mainly used in PMTs.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом - является ЭОП, содержащий цилиндрический тонкостенный пластмассовый кожух с центральным отверстием на его торцевой стенке, в котором соосно ему установлены высоковольтный источник питания и вакуумная трубка с входным и выходным оптическими окнами, содержащая фотокатод, МКП и экран, причем, вакуумная трубка установлена входным оптическим окном со стороны центрального отверстия, а пространство между боковыми стенками кожуха и вакуумной трубкой а также высоковольтным источником питания заполнено герметизирующим резиноподобным составом (Патент США №4,924,080 от 08.05.1990 г.)The closest in technical essence to the claimed one - the prototype - is an image intensifier tube containing a cylindrical thin-walled plastic casing with a central hole on its end wall, in which a high-voltage power supply and a vacuum tube with inlet and outlet optical windows containing a photocathode, MCP and screen are coaxially mounted moreover, the vacuum tube is installed by the input optical window from the side of the Central hole, and the space between the side walls of the casing and the vacuum tube as well as high-voltage and the power source is filled with a sealing rubber-like composition (US Patent No. 4,924,080 of 05/08/1990)

В данном ЭОП торцевая стенка кожуха выполнена плоской. Кожух имеет металлизированное покрытие для защиты ЭОП от электромагнитных полей, однако такое покрытие не решает задачу повышения удароустойчивости. Герметизирующий резиноподобный состав со стороны боковых стенок кожуха защищает элементы ЭОПа от влаги, однако не является амортизатором, снижающим нагрузки на вакуумную трубку. Данный ЭОП не способен полностью сохранять свою работоспособность во включенном состоянии при ударах.In this image intensifier tube, the end wall of the casing is made flat. The casing has a metallized coating to protect the image intensifier tube from electromagnetic fields, however, such a coating does not solve the problem of increasing shock resistance. The sealing rubber-like composition on the side of the side walls of the casing protects the elements of the tube from moisture, however, it is not a shock absorber that reduces the load on the vacuum tube. This image intensifier is not able to fully maintain its operability when it is turned on during impacts.

Недостатком указанного ЭОП, как и других известных ЭОП, обладающих высокой разрешающей способностью и имеющих поэтому в вакуумных трубках малые межэлектродные расстояния и тонкие МКП, является недостаточная удароустойчивость. Это ограничивает его применение в ночных прицелах.The disadvantage of this image intensifier tube, as well as other known image intensifier tubes with high resolution and therefore having small interelectrode distances and thin MCPs in vacuum tubes, is the lack of impact resistance. This limits its use in night sights.

Проблема снижения механических нагрузок на вакуумную трубку отчасти решается изготовителями ночных прицелов, которые устанавливают амортизирующие пружинящие кольца и прокладки перед передней торцевой стенкой ЭОП, и вынуждены при этом подбирать оптимальное усилие прижатия прокладок к ЭОП. С одной стороны, слабое прижатие прокладок приводит к осевому перемещению входного оптического окна ЭОП к объективу прицела во время удара, нарушению оптимальной фокусировки и уводу изображения, с другой стороны слишком сильное прижатие к центральной части ЭОП не обеспечивает амортизации вакуумной трубки и приводит к выходу ее из строя. Кроме того, подобранное оптимальное усилие прижатия может ухудшаться при температурных воздействиях и в течение времени эксплуатации за счет потери материалами амортизирующих свойств.The problem of reducing mechanical stresses on the vacuum tube is partially solved by manufacturers of night sights, which install shock-absorbing spring rings and gaskets in front of the front end wall of the image intensifier tube, and are forced to select the optimal force to compress the gaskets against the image intensifier tube. On the one hand, a weak pressing of the gaskets leads to the axial movement of the input optical window of the image intensifier tube to the objective during impact, impaired optimal focusing and image retraction, on the other hand, too strong pressing to the central part of the image intensifier tube does not absorb the vacuum tube and leads to its exit system. In addition, the selected optimal pressing force may deteriorate under temperature influences and during operation due to the loss of the cushioning properties of the materials.

Задачей полезной модели является повышение удароустойчивости ЭОП.The objective of the utility model is to increase the impact resistance of the image intensifier tube.

Поставленная задача решается путем создания конструкции ЭОП, способной амортизировать удары и позволяющей снизить механические нагрузки на вакуумную трубку ЭОП. Поставленная задача решается тем, что в известном ЭОП, содержащем цилиндрический тонкостенный пластмассовый кожух с центральным отверстием на его торцевой стенке, в котором соосно ему установлены высоковольтный источник питания и вакуумная трубка с входным и выходным оптическими окнами, содержащая фотокатод, МКП и экран, причем, вакуумная трубка установлена входным оптическим окном со стороны центрального отверстия, а пространство между боковыми стенками кожуха, вакуумной трубкой заполнено герметизирующим резиноподобным составом, выполнено следующее: торцевая стенка кожуха выполнена с двумя отбортовками, первая из которых выполнена на внешней стороне торцевой стенки по контуру боковой стенки кожуха, а вторая - на внутренней стороне торцевой стенки по контуру центрального отверстия; торцевая стенка кожуха вокруг центрального отверстия подпружинена и выгнута наружу посредством уплотняющего кольца, установленного между ней и входным оптическим окном вакуумной трубки; пространство между торцевой стенкой кожуха и уплотняющим кольцом, вакуумной трубкой и высоковольтным источником питания заполнено герметизирующим резиноподобным составом.The problem is solved by creating the design of the image intensifier tube that can absorb shock and allows to reduce the mechanical stress on the vacuum tube of the image intensifier tube. The problem is solved in that in the known image intensifier tube containing a thin-walled cylindrical plastic casing with a central hole on its end wall, in which a high-voltage power source and a vacuum tube with input and output optical windows containing a photocathode, MCP and a screen are installed coaxially with it, the vacuum tube is installed by the input optical window from the side of the central hole, and the space between the side walls of the casing, the vacuum tube is filled with a sealing rubber-like composition, in is satisfied as follows: the housing end wall is provided with two flange returns, the first of which is formed on the outer side of the end wall along the contour of the side wall of the housing, and the second - on the inner side of the end wall along the contour of the central opening; the end wall of the casing around the Central hole is spring-loaded and bent outward by means of a sealing ring installed between it and the inlet optical window of the vacuum tube; the space between the end wall of the casing and the sealing ring, the vacuum tube and the high-voltage power source is filled with a sealing rubber-like composition.

В частных случаях реализации отбортовки могут быть выполнены в кольцевой, коронообразной форме, или иметь форму нескольких выступов одинаковой высоты или иную форму. В качестве герметизирующего резино-подобного состава могут быть использованы полиуретановый герметик, кремнийорганический компаунд, или иные резиноподобные полимерные материалы (составы), например, смесь касторового масла и изомера толуилен-диизоцианата.In special cases, the flanging can be performed in an annular, crown-like shape, or in the form of several protrusions of the same height or a different shape. As a sealing rubber-like composition, a polyurethane sealant, an organosilicon compound, or other rubber-like polymeric materials (compositions), for example, a mixture of castor oil and toluene-diisocyanate isomer, can be used.

На чертежах приведены примеры конкретного выполнения ЭОП.The drawings show examples of specific performance of the image intensifier tube.

На фиг.1 представлен ЭОП, в котором входное окно выполнено в виде толстого стеклянного диска. На фиг.2 представлен ЭОП, в котором входное окно выполнено в виде металло-стеклянного узла.Figure 1 presents the image intensifier tube, in which the input window is made in the form of a thick glass disk. Figure 2 presents the image intensifier tube, in which the input window is made in the form of a metal-glass unit.

Цифрами обозначены: 1 - кожух, 2 - вакуумная трубка, 3, 4 - оптическое окно, 5 - высоковольтный источник питания, 6 - полимерный материал, 7 - торцевая стенка, 8 и 10 - отбортовка, 9 - боковая стенка, 11 - уплотняющее кольцо, 12 - фотокатод, 13 - МКП, 14 - экран, 15 - задняя крышка.The numbers indicate: 1 - casing, 2 - vacuum tube, 3, 4 - optical window, 5 - high-voltage power supply, 6 - polymer material, 7 - end wall, 8 and 10 - flanging, 9 - side wall, 11 - sealing ring , 12 - photocathode, 13 - MCP, 14 - screen, 15 - back cover.

ЭОП содержит цилиндрический тонкостенный пластмассовый кожух 1 с центральным отверстием на его торцевой стенке 7, в котором соосно с ним установлены вакуумная трубка 2 и высоковольтный источник питания 5, размещенный вокруг вакуумной трубки 2. Вакуумная трубка 2 имеет входное оптическое окно 3 со стороны центрального отверстия на торцевой стенке 7, выходное оптическое окно 4 и содержит фотокатод 12, МКП 13 и экран 14. Торцевая стенка 7 кожуха 1 выполнена с двумя отбортовками. Первая отбортовка 8 выполнена на внешней стороне торцевой стенки 7 по контуру боковой стенки 9 кожуха 1. Вторая отбортовка 10 выполнена на внутренней стороне торцевой стенки 7 по контуру центрального отверстия. Отбортовки имеют кольцевую форму.The image intensifier tube contains a cylindrical thin-walled plastic casing 1 with a central hole on its end wall 7, in which a vacuum tube 2 and a high-voltage power supply 5 located around the vacuum tube 2 are coaxially mounted with it. The vacuum tube 2 has an input optical window 3 from the side of the central hole the end wall 7, the output optical window 4 and contains a photocathode 12, MCP 13 and the screen 14. The end wall 7 of the casing 1 is made with two flanges. The first flange 8 is made on the outer side of the end wall 7 along the contour of the side wall 9 of the casing 1. The second flange 10 is made on the inner side of the end wall 7 along the contour of the central hole. Flanges are ring-shaped.

Между торцевой стенкой 7 и входным оптическим окном 3 установлено уплотняющее кольцо 11 таким образом, что центральная часть торцевой стенки 7 кожуха 1 выгнута наружу и находится в напряженном состоянии.Between the end wall 7 and the input optical window 3, a sealing ring 11 is installed so that the central part of the end wall 7 of the casing 1 is curved outward and is in a stressed state.

Входное оптическое окно 3 может быть выполнено в виде наиболее широко применяемого толстого стеклянного диска (фиг.1), или может быть выполнено с применением волоконно-оптического элемента вместо стеклянного диска, или иметь конструкцию металло-стеклянного узла с тонким стеклянным диском (фиг.2).The input optical window 3 can be made in the form of the most widely used thick glass disk (Fig. 1), or can be made using a fiber-optic element instead of a glass disk, or have a metal-glass assembly with a thin glass disk (Fig. 2) )

Пространство между кожухом 1 (его торцевой 7 и боковой стенками 9) и уплотняющим кольцом 11, вакуумной трубкой 2 и высоковольтным источником питания 5 заполнено герметизирующим резиноподобным составом - полимерным материалом 6.The space between the casing 1 (its end 7 and side walls 9) and the sealing ring 11, the vacuum tube 2 and the high-voltage power supply 5 is filled with a sealing rubber-like composition - polymer material 6.

Фотокатод 12 выполнен в виде фотоэмиссионного покрытия (мульти-щелочного 2-го поколения или на основе арсенида галлия 3-го поколения), нанесенного на внутреннюю поверхность входного оптического окна 3. На фотокатод 12 подается постоянное или импульсное напряжение от высоковольтного источника питания 5. Экран 14 выполнен в виде люминесцентного покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность выходного оптического окна 4, на него подается от высоковольтного источника питания 5 ускоряющее напряжение 5-6 кВ относительно выходной поверхности МКП 13. МКП 13 установлена между фотокатодом 12 и экраном 14. На боковые поверхности МКП подается напряжение 500-900 В от высоковольтного источника питания 5.Photocathode 12 is made in the form of a photoemissive coating (multi-alkaline 2nd generation or based on 3rd generation gallium arsenide) deposited on the inner surface of the input optical window 3. A constant or pulsed voltage is supplied to the photocathode 12 from a high-voltage power supply 5. Screen 14 is made in the form of a luminescent coating deposited on the inner surface of the output optical window 4, an accelerating voltage of 5-6 kV relative to the output surface of the MCP 13 is supplied to it from a high-voltage power supply 5 MCP 13 is installed between the photocathode 12 and the shield 14. A voltage of 500-900 V is supplied from the high voltage power supply 5 to the side surfaces of the MCP.

При практическом использовании ЭОП устанавливается в цилиндрический корпус ночного прицела и зажимается между поверхностью задней крышки 15 кожуха 1 и первой отбортовкой 8 торцевой стенки 7. При таком креплении практически вся энергия механического удара передается кожуху 1 ЭОП.In practical use, the image intensifier tube is installed in the cylindrical body of the night sight and clamped between the surface of the back cover 15 of the casing 1 and the first flange 8 of the end wall 7. With this fastening, almost all the energy of mechanical shock is transmitted to the casing 1 of the image intensifier tube.

Вакуумная трубка 2 при ударе, который передается прицелу от выстрела, не имеет жесткого упора, а упирается в центральную часть торцевой стенки 7 через уплотняющее кольцо 11 и тонкий слой полимерного материала 6, которые амортизируют и значительно ослабляют энергию удара вакуумной трубки 2. При этом МКП 13, жестко закрепленная в вакуумной трубке 2, также получает ослабленное воздействие, и таким образом сохраняется от вибрации и разрушения.The vacuum tube 2 upon impact, which is transmitted to the sight from the shot, does not have a hard stop, but abuts against the central part of the end wall 7 through the sealing ring 11 and a thin layer of polymer material 6, which absorb and significantly weaken the impact energy of the vacuum tube 2. In this case, the MCP 13, rigidly fixed in the vacuum tube 2, also receives a weakened effect, and thus is preserved from vibration and destruction.

Центральная часть торцевой стенки 7, которая выгнута наружу и находится в напряженном состоянии, играет роль пружины и возвращает вакуумную трубку 2 на место после удара. Амортизирущий эффект торцевой стенки 7 не ухудшается в течение времени эксплуатации. С ЭОП предложенной конструкции, обладающим удароустойчивостью, обеспечивается стабильность изображения и отсутствие увода изображения после многократных выстрелов, а также температурных и других климатических воздействий на прицел.The central part of the end wall 7, which is curved outward and in a stressed state, plays the role of a spring and returns the vacuum tube 2 to its place after impact. The shock-absorbing effect of the end wall 7 does not deteriorate during the operation time. With the image intensifier tube of the proposed design with shock resistance, image stability and the absence of image retraction after multiple shots, as well as temperature and other climatic effects on the sight are ensured.

Кроме того, по сравнению с прототипом, ЭОП имеет повышенную влагозащищенность, т.к. полимерный материал 6 закрыт уплотнительным кольцом 11, нигде не соприкасается с воздухом и не подвергается воздействию паров воды и других вредных климатических факторов.In addition, compared with the prototype, the image intensifier tube has increased moisture resistance, because polymer material 6 is closed by a sealing ring 11, does not come into contact with air anywhere and is not exposed to water vapor and other harmful climatic factors.

Проведенные многократные испытания ЭОП на удары с ускорением до 2000 g вдоль его оси показали отсутствие разрушения МКП 13 толщиной менее 0,3 мм, а также отсутствие пробоев и автомиссионных точек. Это свидетельствует о том, что вибрация МКП 13 не превышает предельных значений. Испытания продемонстрировали повышенную удароустойчивость предлагаемой конструкции и подтвердили возможность применения ЭОП с высокой разрешающей способностью в прицелах ночного видения.The multiple tests of the image intensifier tubes for impacts with acceleration up to 2000 g along its axis showed the absence of destruction of the MCP 13 with a thickness of less than 0.3 mm, as well as the absence of breakdowns and automatic transmission points. This indicates that the vibration of the MCP 13 does not exceed the limit values. Tests have shown increased shock resistance of the proposed design and confirmed the possibility of using high resolution image intensifier tubes in night vision sights.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая полезная модель позволяет повысить удароустойчивость электронно-оптического преобразователя.Thus, in comparison with the prototype, the proposed utility model allows to increase the impact resistance of the electron-optical converter.

Claims

1. An impact-resistant electron-optical converter, comprising a cylindrical thin-walled plastic casing with a central hole on its end wall, in which a high-voltage power supply and a vacuum tube with an input and output optical windows containing a photocathode, a microchannel plate and a screen are installed coaxially with the vacuum tube installed by the input optical window from the side of the central hole, and the space between the side walls of the casing, the vacuum tube and the high-voltage source the titanium is filled with a sealing rubber-like composition, characterized in that the end wall of the casing is made with two flanges, the first of which is made on the outer side of the end wall along the contour of the side wall of the casing, and the second on the inner side of the end wall along the contour of the central hole, while the end wall the casing around the central hole is spring-loaded and bent outward by means of a sealing ring installed between it and the input optical window of the vacuum tube, and the space between the end oh the wall of the housing, a sealing ring, a vacuum tube and a high voltage power source sealing rubber-filled composition.

2. The image intensifier element according to claim 1, characterized in that the flanges have an annular shape.

3. The image intensifier according to claim 1, characterized in that the polymer material is used as a sealing rubber-like composition.