ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ПРОКСИМИТИ ТИПА

Полезная модель относится к высоковольтным фоточувствительным приборам, предназначенным для регистрации изображений низкого уровня освещенности. Данные системы могут быть использованы в научно-исследовательских целях, для специальных применений, а так же в гражданской индустрии.
Известен класс фотоэлектронных приборов типа проксимити, предназначенных для регистрации оптических изображений, как правило, низкого уровня освещенности в различных спектральных диапазонах. Особенностью конструкции приборов типа проксимити (от англ. proximity - приближение) является малое расстояние между фотокатодом, преобразующим оптический сигнал в поток электронов, и экраном, формирующим изображение. Класс данных приборов включает электронно-оптические преобразователи для усиления яркости и фоточувствительные приборы для регистрации изображений в виде электрического сигнала. В первом случае экраном является люминесцентный слой на аноде, формирующий изображение в оптическом диапазоне, во втором случае экраном является электронночувствительная матрица ППЗ (прибор с переносом заряда), формирующая электрический сигнал.
Известны патенты US №4178528 «Усилитель яркости для усиления ПЗС» (патент выдан 11.12.1979, US ARMY [US]), EP №0447238 «Усилитель яркости проксимити типа» (патент выд. 18.09.1991, Hamamatsu Photonics KK [JP]), US №4961026 «Близкофокусный усилитель яркости, имеющий стеклянное разделительное кольцо между фотокатодом и флоурисцентным экраном» (пат. выдан 02.10.1990, Proxitronic Funk GMBH & CO KG [DE]).
В данных работах описаны фоточувствительные приборы приксимити типа. В подобных приборах усиление обеспечивается за счет увеличения энергии потока электронов, разгоняемого под действием разности потенциалов между фотокатодом и анодом. Для того, чтобы подать напряжение на фотокатод и анод в герметичном корпусе из изоляционного материала (например, керамики) как правило, монтируют специальные металлические кольца, т.н. контактные кольца. Таким образом, корпус прибора состоит из контактных металлических колец и изолятора между ними. Напряжение подается на соответствующие электроды прибора через контактные кольца. Максимальная разность потенциалов между контактными кольцами ограничивается толщиной изолятора между ними. Чем больше толщина изолятора, тем большую разность потенциалов можно обеспечить. Поэтому для увеличения подаваемого напряжения увеличивают расстояние между контактными кольцами. Недостатком данной конструкции является неизбежное увеличение габаритов корпуса с увеличением высоты изолятора.
В патенте US №4178529 «Основание и корпус для ПЗС, расположенного внутри усилителя яркости» (выдан 11.12.1979, патентообладатель US ARMY [US]), описан фоточувствительный прибор проксимити типа, в котором изолятор в целях увеличения подаваемого напряжения выполнен с ребристой поверхностью с внешней и внутренней стороны корпуса прибора.
Электрическая прочность изолятора характеризуется величиной объемного и поверхностного сопротивления. Таким образом, чтобы увеличить электрическую прочность, увеличивают площадь поверхности изолятора за счет создания ребристой поверхности. Недостатком данного технического решения являются большие габариты корпуса. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Задача, решаемая в данном изобретении, состоит в создании высоковольтного фоточувствительного прибора проксимити типа. Технический результат заключается в обеспечении электрической прочности и повышении пробивного напряжения прибора без существенного увеличения габаритов корпуса.
Это достигается за счет того, что в высоковольтном фоточувствительном приборе проксимити типа, состоящем из вакуумного герметичного корпуса, входного окна с фотокатодом и приближенного к нему анода, с изолятором и соответствующими контактными кольцами для подачи напряжения между фотокатодом и анодом, согласно настоящему изобретению, контактное кольцо фотокатода расположено между боковой поверхностью изолятора и боковой поверхностью входного окна, внешняя поверхность изолятора выполнена ребристой, а внутренняя поверхность изолятора выполнена со ступенчатыми выступами.
Данная конструкция выполнена с целью увеличения расстояния по поверхности изолятора от одного электрода до другого. Благодаря этому достигает увеличение предельного значения поверхностного сопротивления изолятора, и, соответственно, величины пробивного напряжения корпуса.
Данное техническое решение изображено на рис. 1.
Высоковольтный фоточувствительный прибор приксимити типа содержит герметичный корпус 1, входное окно 2 с фотокатодом 3 и приближенного к нему анода 4, содержащего ПЗС матрицу или электронно-чувствительную ПЗС матрицу или др.
Герметичный корпус 1 состоит из керамического изолятора 5 особой формы, имеющего ребристую внешнюю поверхность 6, и ступенчатые выступы 7, заполняющие внутренний объем прибора. Благодаря внешней ребристой поверхности 6 и ступенчатым выступам 7 увеличивается площадь поверхности изолятора.
Диэлектрическое сопротивление по поверхности изолятора крайне критично к внешним воздействиям. Под воздействием внешней среды - температуры, влажности, а так же под действием паров щелочных металлов в процессе изготовления фотокатода - поверхностное сопротивление изолятора резко снижается и может произойти пробой. Вследствие этого увеличение длины изоляционного промежутка по поверхности изолятора является более существенным, чем увеличение длины по объему изолятора. Для минимизации воздействия внешнюю поверхность 6 развивают, образуя, в частности, ребристую поверхность.
Контактное кольцо 8 фотокатода 3 расположено между боковой поверхностью изолятора 5 и боковой поверхностью входного окна 2, благодаря чему увеличивается расстояние по поверхности между электродами, и соответственно, значение величины поверхностного сопротивления по наружной стороне корпуса. Второе контактное кольцо 9 обеспечивает подачу напряжения на анод 4. Внутренняя поверхность изолятора между кольцами выполнена со ступенчатыми выступами 7, благодаря чему увеличивается длина пути по поверхности изолятора от одного электрода до другого, тем самым, увеличивается значение величины поверхностного сопротивления с внутренней стороны корпуса.
Прибор работает следующим образом. Для включения прибора на промежуток между фотокатодом и анодом подают разность потенциалов более 7 кВ. Это достигается за счет того, что на контактные кольца 8 и 9 герметичного корпуса подают напряжение, например на контактное кольцо 8 подают отрицательное напряжение более - 7 кВ, тогда как второе контактное кольцо 9 заземлено. Напряжение через соответствующий электрод поступает на фотокатод 3 и обеспечивает формирование электрического поля между фотокатодом 3 и анодом 4.
Электромагнитное излучение, проходя через входное окно 2, поступает на фотокатод 3, где в результате фотоэффекта образуются электроны. Под действием электрического поля электроны вылетают из фотокатода 3 по направлению к аноду 4, на промежутке между фотокатодом и анодом разгоняются за счет ускоряющего напряжения и регистрируются на аноде, в результате чего формируется усиленный электрический сигнал. Данный сигнал считывается и выводится за пределы герметичного вакуумного корпуса 1 посредством специальных электродов (на рис. не показаны).
За счет увеличенного пути по поверхности изолятора 5 между контактными кольцами 8 и 9 обеспечивается повышение электрической прочности и пробивного напряжения прибора. За счет этого обеспечивается приложение большого ускоряющего напряжения между фотокатодом 3 и анодом 4, при этом достигается значительный коэффициент усиления, достаточный для регистрации сигналов низкого уровня освещенности.
Благодаря специфической конструкции изолятора обеспечивается возможность увеличить разность потенциалом между контактными кольцами без существенного увеличения габаритов корпуса.