УДАРОУСТОЙЧИВЫЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

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.
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.
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.
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.).
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.
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.)
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.
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.
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.
Задачей полезной модели является повышение удароустойчивости ЭОП.
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.
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.
На чертежах приведены примеры конкретного выполнения ЭОП.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая полезная модель позволяет повысить удароустойчивость электронно-оптического преобразователя.