ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 150
Скачиваний: 2
Вылетающие из фотокатода электроны, попадая в электрическое поле между катодом и экраном, ускоряют свое движение и, бом бардируя экран, вызывают его свечение. Интенсивность свечения отдельных точек экрана зависит от интенсивности электронного потока. А так как интенсивность потока, в свою очередь, зависит от интенсивности облучения соответствующих участков фотока тода, то в результате на экране возникает видимое изображение объекта. Чтобы электроны двигались от катода к экрану без столкновении с молекулами воздуха, в стеклянной колбе ЭОПа создан вакуум порядка 1СН—10-5 мм рт. ст.
Так как в такой конструкции простейшего преобразователя
электроны, исходящие из одной |
точки |
фотокатода, не фокуси |
|
руются электрическим полем, а |
лишь |
переносятся этим |
полем |
на экран, то изображение точки |
на экране получается в |
виде |
|
кружка рассеяния. Это происходит в результате того, что элект роны движутся между катодами и экраном не параллельно друг другу, а по параболическим траекториям и на конечном участке пути вследствие разброса начальных скоростей электронов про исходит некоторое рассеяние электронного пучка. Диаметр круж ка рассеяния можно определить по формуле
d = A L \ / - 7 * |
(5>1) |
где ий-— начальная скорость электронов; и — ускоряющее напряжение;
/ — расстояние между фотокатодом и экраном.
Из формулы (5.1) видно, что для увеличения разрешающей способности ЭОПа следует увеличивать ускоряющее напряжение и уменьшать расстояние между катодом и экраном. Однако это положение оказывается справедливым только до определенных пределов. При напряженности поля у фотокатода порядка 10 кВ/см начинается автоэлектронная эмиссия с катода, вызы вающая свечение экрана и резко снижающая контраст изобра жения. Увеличение ускоряющего напряжения и уменьшение расстояния между фотокатодом и экраном может привести к электрическому пробою между ними и выходу ЭОПа из строя; кроме того, уменьшение I приводит к обратной засветке фотока тода от излучения экрана и появлению паразитного фона. Эти факторы ограничивают разрешающую способность двухэлектрод ных преобразователей. Максимальная разрешающая способность, которую с ними удавалось получить, составляла не более 10— 12 штр/мм. Для улучшения разрешающей способности ЭОПов было предложено ввести электростатическую или магнитную фо кусировку электронов.
Электронно-оптический преобразователь с электростатической фокусирующей системой показан на рис. 5.2. Электронные пучки фокусируются электрическим полем, создаваемым электронной
141
дополнительное электрическое питание. Из-за этих недостатков ЭОПы с магнитной фокусировкой используются значительно реже, чем ЭОПы с электростатической фокусировкой.
Фотокатоды ЭОПов изготовляют путем испарения в вакууме тонких слоев различных щелочных металлов на полупрозрачную металлическую (обычно серебряную) подложку. Слой серебра (подложки) напыляется на внутреннюю сторону входного окна колбы ЭОПа. На практике чаще всего используются слон, обра зуемые соединением сурьмы с цезием (сурьмяноцезиевый фото катод), окисленного серебра с цезием (кислородносеребряно цезиевый фотокатод) и сурьмы с калием, натрием и цезием (многощелочной фотокатод). Характеристики этих фотокатодов приведены в табл. 5.1, а спектральные характеристики их чувст вительности — на рис. 5.4.
Таблица 5.1
Характеристики фотокатодов ЭОПов
Тип ф о т о к а т о д а
Ки с л о р о д н о с е р е б р и н о -
цези евы й
Су р ь м я п о ц е зи е в ы н
М н о го щ ел о ч п о м
Д л и н а волны |
|
И н т е г р а л ь н а я |
|
|
при м а к с и |
Г ра п и д а |
ч у в с т в и т е л ь н о с т ь |
У д е л ь н о е |
|
мальной |
ф о т о э ф |
5 Т, |
м к А /л м |
с о п р о т и в |
ч у в с т в и |
ф ек та |
|
|
л ен и е , |
т е л ь н о с т и |
Xq, мкм |
с р ед н я я |
н а и б о л ь |
Ом |
Х,пйх, мкм |
|
ш ая |
|
|
|
|
|
||
0 , 7 8 — 0 , 8 2 |
1 , 2 — 1 ,5 |
40 |
7 0 |
103— 104 |
0 , 4 2 — 0 , 4 5 |
0 , 6 5 — 0 , 7 |
80 |
120 |
106— 107 |
0 , 5 2 |
0 , 9 |
2 00 |
400 |
105— 106 |
Для изготовления экранов преобразователей применяют лю минофоры из сульфида цинка, сульфид-селеннда цинка или сили ката цинка (виллемита). При попадании на люминофор электро нов они вызывают в нем индуцированное излучение и возникает свечение — так преобразуется энергия электронов в световую энергию. Цвет свечения зависит от типа люминофора. В ЭОПах для визуального наблюдения применяют люминофоры с желтозеленым свечением. Для фотографирования с экрана удобнее лю минофор с синим свечением, спектральная характеристика свече ния которого лучше согласуется со спектральной чувствительно стью фотопленки. Для повышения световой отдачи экрана внутреннюю поверхность его покрывают тонким слоем алюми ния (рис. 5.5). Отдача экрана повышается вследствие отражения светового потока экрана от внутренней поверхности алюминиево го слоя, как от зеркала, в сторону наблюдателя.
Качество электронно-оптических преобразователей можно оценить по основным характеристикам (параметрам), определе-
143
ние которых приводится ниже. Основные характеристики люми нофоров, используемых в электронно-оптических преобразова телях, приводятся в табл. 5.2.
Р ис. 5.4. |
С п ек тр а л ь н ы е х а р а к тер и ст и к и ч у в ств а - |
Р и с . 5.5. Р а з р е з |
эк ран а |
т ел ы ю с т н |
су р ь м я н о ц е зи е в о г о , м н о г о щ е л о ч н о г о и |
с а л ю м и н и ев ы м |
покры - |
к и с л о р о д н о - с е р е б р я н о ц е з и е в о г о ф о т о к а т о д о в |
тием : |
|
|
/—шлифованная стеклянная пластинка; 2—слой люмино фора; 3—алюминиевая плен
ка
Таблица 5.2
Характеристики люминофоров, используемых в ЭОПах
М а р к а
Ц в е т
л ю м и но
с в е ч е н и я
ф о р а
Ф С - 1 |
Ф и о л е |
|
т о в о - |
|
синий |
К - 7 2 |
То ж е |
К - 4 0 |
Ж е л т о - |
|
зел ен ы й |
Ж З - 2 |
То ж е |
К -6 7 |
» |
|
С о с т а в |
М а к с и |
мум и з |
|
люминоф ора |
лучени я |
|
А, мкм |
Z n S : A g |
0 , 4 5 |
Z n S : A g ( N i ) |
0 , 4 5 |
Z n S X Z n S e : Cu |
0 , 5 5 |
Z n S x Z n S e : A g |
0 , 5 5 |
Z n S x C d S : A g |
0 , 5 5 |
С в е т о |
В р ем я п о сл ес в еч ен и я |
||
в с |
при с п а д е |
яр к ости |
|
о т д а ч а , |
|
до: |
|
с в / В т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 % |
Н о |
30 |
ю |
1-С 1 О |
— |
|
|
||
30 |
( 3 - 4 ) - Ю - з |
1 • 1 0 - 2 |
|
13 |
5 - 1 0 - 2 |
— |
|
12 |
( 3 _ 4 ) . Ю - з |
— |
|
15 |
7 - Ю - з |
5 - 1 0 - 2 |
|
2.Параметры и характеристики
Ин т е г р а л ь н а я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь зуется отношением фототока преобразователя к световому) потоку,* попавшему на фотокатод:
5Т= гф
где S T выражается в мкА/лм.
5Т характери лучистому (или
(5. 2)
* Чувствительность фотокатодов определяют по излучению лампы нака ливания с цветовой температурой Гс=2854 К (источник типа А).
144
С п е к т р а л ь н а я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь |
5>, равна отно |
шению величины фототока t,|, к величине потока |
от источника |
монохроматического излучения Фх и определяет область спект
ра, |
в которой может работать данный ЭОП (см. рис. |
5.4). |
||||||
|
И н о г д а |
ч у в ств и т ел ь н о ст ь Э О П а |
х а р а к т е р и з у ю т |
в е д и н и ц а х |
о б л у ч ен н о ст и |
|||
( о с в е щ е н н о с т и ) . О с в е щ е н н о с т ь на ф о т о к а т о д е |
|
|
|
|||||
|
|
|
£ к = ^ -ет Ф 2£об. |
|
|
(5-3) |
||
г д е Ек в ы р а ж а е т с я в лк; |
|
|
|
|
|
|||
|
о — к о эф ф и ц и е н т о т р а ж е н и я н а б л ю д а е м о г о об ъ ек т а ; |
|
|
|||||
|
т — ■к о эф ф и ц и е н т п р о п у ск а н и я оп ти ч еск ой |
си стем ы , |
и с п о л ь зу е м о й с |
|||||
|
|
Э О П о м ; |
|
|
|
|
|
|
|
£ 0 .->— о с в е щ е н н о с т ь о б ъ ек т а ; |
|
|
|
|
|||
я |
* опт |
|
|
си стем ы . |
|
|
|
|
А |
= -----------— с в ет о си л а оп ти ческ ой |
|
|
|
||||
|
/ опт |
|
|
|
|
|
|
|
Н а п р и м е р , |
с п о м о щ ь ю |
Э О П а с |
ч у в ств и т ел ь н о ст ь ю |
1 0 - 3 лк |
м о ж н о н а б л ю д а т ь |
|||
о б ъ е к т ы на |
м естн о ст и с |
о с в е щ е н н о с т ь ю |
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
_ |
4 - Ю - з |
|
|
|
|
|
£0б —4£к |
|
= 0 , 0 8 л к , |
|
|
||
|
|
|
С>ть42 |
|
0 , 1 - 0 , 5 - 1 , 1 2 |
|
|
|
если q= 0,1; т=0,5 и /1=1,1.
К о э ф ф и ц и е н т п р е о б р а з о в а н и я г) — отношение потока, излучаемого экраном во внешнюю полусферу, к лучисто му потоку, попавшему на фотокатод:
Tl= ^ - = iTSti- 10-6, |
(5.4) |
Фк |
|
где j — световая отдача экрана, представляющая отношение све тового потока, излучаемого экраном, к мощности облу чающего экран электронного потока *, в лм/Вт;
и — ускоряющее напряжение в В.
Определим коэффициент преобразования для ЭОПа, имеюще го 5Т= 40 мкА/лм; «=15 кВ и £ = 20 лм/Вт:
т!= 20-40-15-104 О-6 =12,
т. е. наблюдается 12-кратное усиление потока. Такое усиление происходит главным образом вследствие увеличения кинетиче ской энергии электронов, формирующих изображение, ускоряю щим электрическим полем. Из этого можно сделать важный вы-
* М о щ н о с т ь |
эл е к т р о н н о г о |
пучка , п о п а д а ю щ е г о |
на |
эк ран , р авн а |
|
|||
|
|
-Рол— Ui— llS : Фк- |
|
|
1 |
с в 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
так как |
||
И н о г д а с в е т о о т д а ч у в ы р а ж а ю т в с в / В т , |
в эт о м сл у ч а е |
£ ' = |
£ — |
ВТ у |
||||
|
|
|
|
|
|
jT |
|
|
с в ет о в о й поток , |
и зл у ч а е м ы й |
эк р а н о м |
Угэ= я / э, г д е |
/ а |
— |
си л а |
св ета , и з л у ч а е |
|
мая эк р ан ом . |
|
|
|
|
|
|
|
|
145
вод: ЭОП позволяет увеличить лучистый поток, попадающий на фотокатод.
В некоторых случаях оказывается удобнее пользоватьсята
ким параметром, как коэффициент яркости ЭОПа — цВ- |
|
|||
Э л е к т р о н н о - о п т и ч е с к о е |
у в е л и ч е н и е |
Гэ харак |
||
теризуется увеличением пли сжатием линейных размеров |
изо |
|||
бражения предмета |
на экране по сравнению с размерами |
изо |
||
бражения предмета на фотокатоде. |
|
|
|
|
К о э ф ф и ц и е н т |
я р к о с т и |
гщ— отношение |
яркости эк |
|
рана к освещенности |
(облученности) фотокатода: |
|
|
|
|
11в = |
•<1/12 |
|
(5. 5) |
|
411 |
|
||
|
Е к |
|
|
|
Яркость в числителе формулы введена потому, что глаз при наб людении, протяженных объектов реагирует на яркость изображе ния на экране.
Из формулы (5.5) видно, что усиления яркости изображения на ЭОПе можно добиться уменьшением масштаба изображения, а также повышением коэффициента преобразования и увеличе нием светосилы объектива, используемого с ЭОПом.
Р а з р е ш а ю щ а я |
с п о с о б н о с т ь N определяется по |
штриховым таблицам |
(мирам) как минимальное расстояние |
между штрихами, которое еще можно различить при наблюде нии этой миры на экране ЭОПа. Выражается разрешающая спо собность числом штрихов, различаемых раздельно на участке в
1 мм.
Разрешающая способность ЭОПов ограничивается зернисто стью люминофора и фотокатода, а также аберрациями изобра
жения. |
т е м н о в о г о фо на В0 характеризуется яр |
|
Я р к о с т ь |
||
костью свечения экрана при отсутствии облучения |
фотокатода. |
|
Это свечение |
возникает вследствие термоэмпсспп |
электронов с |
фотокатода и приводит к снижению контраста при наблюдении изображения.
Плотность темнового тока с кислородно-цезиевого фотокатода может достигать 10~5—10_б мкА/см2. Для уменьшения плотности термоэмиссионного тока в некоторых случаях применяют охлаж дение фотокатода. Снижение контрастности изображения вслед ствие темнового фона характеризуется коэффициентом контраст ности А’,;
/Л,= |
Вэ Д> |
(5. 6) |
|
Да |
|
И н е р ц и о н н о с т ь т |
в основном определяется |
инерцион |
ностью экрана ЭОПа. Инерционность характеризуется длитель ностью возбуждения люминофора после появления электронного луча п длительностью послесвечения экрана после прекращения
146
