ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электронной технике, в частности к электронно-оптическим преобразователям изображения (ЭОП), используемым для преобразования, масштабирования, усиления и временного анализа оптических сигналов.
Известен ЭОП {А.С. СССР №1100655 от 07.01.1984 г.}, содержащий электростатическую фокусирующую систему с плоским фотокатодом, ускоряющим и фокусирующим электродами, анодом и люминесцентньм экраном. В данном приборе соотношение геометрических размеров электродов фокусирующей системы не позволяет получить коэффициент электронно-оптического увеличения изображения меньше 1,3. Плоский фотокатод не обеспечивает равномерность пространственного разрешения во всем поле фотокатода, а только в его центральной части.
Известен ЭОП { Патент РФ №2019882, Кл. H 01 J 31/50, 1994 г.), снабженный электронным затвором, содержащий электростатическую фокусирующую систему со сферическим фотокатодом, фокусирующим электродом, анодом, и люминесцентный экран. Данный преобразователь имеет высокое пространственное разрешение во всем поле фотокатода. При помощи электронного затвора возможно стробирование изображения, передаваемого с фотокатода на люминесцентный экран с масштабом ~1. При этом на экране можно получить один двумерный кадр электронного изображения.
Данный прибор имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что один кадр электронного изображения не показывает отдельных стадий исследуемого процесса, а дает его интегральную картину. Для фиксирования отдельных стадий процесса, распределенного во времени необходима многокадровая съемка.
С помощью описанного прибора многокадровая съемка невозможна по следующим причинам:
1. В ЭОП отсутствует система развертки электронного изображения, что не позволяет получить последовательность кадров.
2. Масштаб электронно-оптического увеличения данного прибора равен 1. Это говорит о том, что при использовании всего рабочего поля фотокатода, один кадр займет всю площадь люминесцентного экрана, и места для других кадров не останется.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели заключается в возможности фиксирования отдельных стадий исследуемого процесса путем увеличения числа кадров электронного изображения. Тем самым расширяются возможности прибора и расширяется область его использования.
Указанный технический результат достигается тем, что в электронно-оптический преобразователь, содержащий люминесцентный экран и электростатическую фокусирующую систему со сферическим фотокатодом, анодом и фокусирующим электродом, расположенным между анодом и люминесцентным экраном, в пространство между анодом и люминесцентным экраном введены две пары ортогональных отклоняющих пластин, расположенных симметрично относительно продольной оси электронно-оптического преобразователя, при этом геометрические размеры элементов электронно-оптической системы должны удовлетворять соотношениям:
0,5≤R/d≤0,7
1
2
0,5<L/L≤1,6
0,4≤R/D≤0,7
к
1
0,35≤R/L≤0,6
где: D - Диаметр рабочей части фотокатода;
к
R- Радиус сферы фотокатода;
1
L - Расстояние от центра фотокатода до анода;
2
L- Расстояние от анода до экрана;
d - Диаметр фокусирующего электрода.
Кроме того в непосредственной близости от люминесцентного экрана может быть установлена усилительная микроканальная пластина.
На фиг.1. приведена схема электронно-оптического преобразователя.
На фиг.2 приведена а) - четырехкадровая развертка изображения б) - девятикадровая развертка изображения.
Электронно-оптический преобразователь (фиг.1) включает в себя сферический фотокатод 1, фокусирующий электрод 2, анод 3, две пары ортогональных отклоняющих пластин 4, 5, люминесцентный экран б. Все элементы конструкции размещены в вакуумной оболочке.
Работает устройство следующим образом. На фотокатод ЭОП проектируют исследуемый процесс, сопровождающийся оптическим излучением. На электроды ЭОП подают рабочие напряжения. Под действием света фотокатод эмитирует поток электронов. Электроны ускоряются в сторону анода, проходят сквозь отверстие в аноде и фокусируются на люминесцентном экране. Таким образом, изображение исследуемого процесса переносится на экран.
В пространстве между анодом и люминесцентным экраном расположены две пары ортогональных отклоняющих пластин. Подавая на пластины короткие электрические импульсы ступенчатой формы можно развернуть изображение процесса на люминесцентном экране в виде последовательности кадров электронного изображения. В зависимости от параметров управляющих импульсов возможно получение любого числа кадров. Обычно это 4-9 кадров, расположенных симметрично относительно ортогональных осей, как это показано на рис. 2 а, б.
Геометрические параметры электродов линз подобраны таким образом, что коэффициент электронно-оптического увеличения лежит в пределах 0,4-0,7. Это наиболее часто используемый параметр для такого рода устройств. Поскольку коэффициент электронно-оптического увеличения меньше 1, на экране появляется дополнительное место для размещения кадров электронного изображения.
При этом, согласно данным таблицы, прибор обеспечивает высокие технические характеристики.
В таблице представлены результаты компьютерного моделирования электронно-оптической системы, на основании которых определены граничные условия, при которых сохраняются параметры предлагаемого технического решения.
Таблица
R<sub>к</sub>
d
D
L<sub>1</sub>
L<sub>2</sub>
Пространственное разрешение пар.лин./мм
Дисторсия %
Увеличение, Отн. единиц
1.
15,0
21
20
45,0
26,0
25
2,0
0,35
2.
16,0
23
24
32,0
20,0
70
0,5
0,4
3.
16,5
24
26
37,0
47,0
65
1,0
0,5
4.
17,5
25
44
42,5
56,5
50
0,3
0,7
5.
17,5
26
36
45,0
52,0
55
1,0
0,6
6.
18,0
27
36
38,0
32,0
65
0,2
0,5
7.
19,0
28
26
52,0
60,0
50
0,8
0,7
8.
17,5
22
22
22,0
48,0
20
3,5
1,3
9.
18,0
37
51
28,0
62,0
15
4,0
1,6
В качестве критериев использовались такие параметры, как пространственное разрешение - не менее 50 пар.лин./мм, дисторсия - не более 1,0%. При этом коэффициент увеличения должен быть в пределах 0,4-0,7 - наиболее часто используемый в такого рода устройствах параметр. Из таблицы видно, что при использовании параметров граф 1, 6, 7, критерии заявленного технического решения не выполняются.
При необходимости регистрировать излучение слабой интенсивности в непосредственной близости от экрана может быть установлена микроканальная пластина, которая служит для усиления тока до 10000 раз.