Электронно-оптические преобразователи

угл.град.

18	24,77	6	5	5
18	24,77	10	8	5
18	24,77	12	10	5
25	32,74	32	25	8
25	32,74	12	10	12
40	50,04	32	25	8
40	50,04	12	10	8
75	86,61	32	25	8

Дальность действия ряда ПНВ с ЭОП III, работающих в условиях облученности звездным небом, затянутым облаками, возросла более чем в два раза по сравнению с ПНВ на базе ЭОП II.
Совершенствование конструкций ЭОП позволило заметно увеличить их интегральную чувствительность (до 1800 — 2500 мкА/лм для ЭОП III), отношение сигнал/шум (до 20 крат) и разрешение (до 60 и более пар линий на 1 мм).
Преобразователи бипланарной конструкции - ЭОП четвертого поколения (ЭОП IV, GEN IV), работающие по схеме прямого переноса с микроканальным беспленочным усилителем и имеющие встроенный источник питания, функционирующий в режиме стробирования. Их разрешающую способность не менее 64 пар линий на 1 мм и интегральную чувствительность не менее 2500 мкА/лм.
В последние годы появились сведения о разработках фотокатодов из GaAs, легированного In, у которых длинноволновая граница чувствительности достигает 1,6 — 1,7 мкм. Это позволяет ПНВ работать при более высокой естественной ночной облученности, которая в диапазоне 1,4 — 1,8 мкм в безлунную ночь на два порядка выше, чем в диапазоне 0,4 —0,9 мкм. Кроме того, при переходе к диапазону 1,4 — 1,8 мкм уменьшается влияние атмосферного рассеяния, а контрасты многих объектов на естественных фонах выше и более стабильны, чем в диапазоне 0,4 — 0,9 мкм, где работает большинство современных ЭОП.
Разработки сверхтонких пленок из GaAs и других материалов позволяют по-новому оценить перспективность ЭОП с работающими на прострел эмиттерами, использование которых наиболее оптимально при их толщинах 1—3 мкм и диаметрах 8 — 10 мм. В таком ЭОП (рис. 3.15) устраняется ослабление потока оборачивающим ВОЭ и существенно уменьшаются шумы при усилении электронного потока. Разрешение определяется размерами и шагом ячеек анодной сетки и может достигать 60 — 70 штр./мм. Поскольку в ЭОП отсутствует МКП, то вполне достижимы уровни чувствительности 2500 мкА/лм и выше при большой долговечности.

Рис. 3.15. Схема ЭОП с эмиттером, работающим на прострел
В последнее время разработаны ЭОП пироэлектрического (или пироэмиссионного) типа. Устройство одного из важнейших элементов таких ЭОП - тонкопленочной пироэлектрической мишени, представляющей собой управляемую матрицу на базе органического пироэлектрика, показано на рис. 3.16. Здесь 1 - тонкий проводящий электрод, 2 - пленка пироэлектрика, 3 - фотоэмиссионная проводящая сетка, 4 - кольцевой электрод.
Мишень имеет на порядок более высокую виброустойчивость, чем мишени из кристаллических пироэлектриков на триглицинсульфате, и работает в диапазоне температур от -60 до +50 °С.
Преобразователь работает следующим образом (рис. 3.17). Объектив 1 через входное окно 2 строит изображение пространства объектов на передней поверхности пироэлектрической мишени 3, задняя поверхность которой с нанесенной на нее фотоэмиссионной сеткой равномерно облучается осветителем 4.

Рис. 3.16. Устройство тонкопленочной пироэлектрической мишени За счет пироэлектрического эффекта различно нагретые изображением участки мишени приобретают различный положительный заряд. Прикладывая отрицательное импульсное напряжение к тонкому ЭОП можно, снижая потенциал поля перед фото-эмиссионной сеткой (создавая отрицательное смещение на сетке-фотокатоде), полностью подавить фотоэмиссию в начале каждого цикла работы мишени, как того требует физический механизм работы пироэлектрика, реагирующего на изменение температуры его поверхности.

Рис. 3.17. Схема ЭОП с пироэлектрической мишенью Распределение положительных зарядов в пироэлектрической мишени повторяет распределение яркости в изображении, построенном объективом, а распределение количества электронов, эмиттируемых фотокатодом с разных его участков, соответствует этому распределению. С помощью электростатической ускоряющей 5 и магнитной фокусирующей 6 систем электронное изображение строится на люминесцентном экране 7, а с помощью ВОЭ 8 изображение оборачивается и рассматривается наблюдателем.Для уменьшения фона из-за фотоэмиссии, происходящей во время отсутствия импульса напряжения, подаваемого на входной электрод мишени, необходимо или увеличивать время цикла «опроса» мишени, или отключать осветитель 4. Изменение времени цикла «опроса» должно соответствовать времени, необходимому для восстановления поверхностного потенциала пироэлектрика до первоначального уровня. Снизить уровень шумов можно, выбрав оптимальные амплитуды, форму и длительность импульсов напряжения, а также управляя работой осветителя.
Начиная с 70-х гг. XX в., рядом российских и зарубежных фирм успешно разрабатываются конструкции гибридно-модульных преобразователей (ГМП). В таких устройствах модуль ЭОП с МКП преобразует ИК-изображение в видимое, которое с помощью проекционного объектива или ВОЭ, состыкованного с экраном- анодом, подается на ПЗС.
К их достоинствам относится возможность изменения масштаба изображения в достаточно больших пределах (до 10 крат и более) и проецирования на ПЗС-матрицу с помощью
переключающихся или дихроичных зеркал изображения не только ИК-, но и дневного канала оптической системы. Такие ГМП могут работать при низких уровнях освещенности (до КГ⁵ лк), а их динамический диапазон в непрерывном режиме работы достигает 10⁵.
Если размер ПЗС-матрицы меньше размера экрана ЭОП, то при использовании ГМП уменьшается масштаб изображения, что снижает разрешающую способность системы, но улучшает качество изображения за счет уменьшения шумов экрана. Одним из недостатков таких ГМП является увеличение продольных размеров системы.
Еще одним перспективным направлением развития ЭОП является создание цветных преобразователей и усилителей яркости изображений. Принцип действия цветного ЭОП прямого переноса с пространственным смешением монохроматических составляющих поясняет рис. 3.18.
Входной ВОЭ 2, расположенный в корпусе ЭОП 1, состоит из тонких оптических волокон, которые являются одновременно световодами и оптическими фильтрами (2_R, 2_С, и 2_В на рис. 3.18). Эти фильтры сгруппированы в RGB-триады, равномерно распределенные по сечению ВОЭ.
Фотокатод 4, нанесенный на внутреннюю поверхность ВОЭ, имеет достаточно равномерную чувствительность во всей области пропускания монохроматических потоков R, G и В с длинами волн соответственно 700; 546,1 и 435,8 нм. Внутри корпуса 1 устанавливается МКП 5, капилляры которой имеют тот же диаметр, что и волокна ВОЭ 2. Каждое отверстие канала МКП является проекцией соответствующего волокна ВОЭ 2 на поверхность МКП.

Рис. 3.18. Структурная схема «цветного» ЭОП прямого переноса На входную и выходную стороны МКП наносятся токопроводящие пленки. Выходное окно 3 преобразователя состоит из экранного стекла 6, полупрозрачной токопроводящей пленки 7 и большого числа зерен люминофора красного (3_R), зеленого (3_G) и синего (З_в) свечения, которые также сгруппированы в RGB-триады и равномерно распределены по поверхности экрана. Структура и расположение этих триад совмещаются через МКП с учетом наклона ее каналов со структурой триад на поверхности ВОЭ 2. На электроды ЭОП подаются постоянные напряжения, примерные значения которых указаны на рис. 3.18.
Вследствие малости расстояния между фотокатодом и МКП (порядка 0,1 мм) электроны не рассеиваются и не отклоняются, а ускоряются под действием ЭП (-180 В - земля) и практически без потерь попадают в расположенные напротив фильтров входные отверстия каналов МКП.
Еще одна схема получения цветного изображения с одновременным смешением монохроматических составляющих представлена на рис. 3.19.
Устройство содержит: объектив 1, окуляр 3, цветоделительный блок 4, состоящий из двух зеркал 6, 7 с дихроическим покрытием и зеркала 8 с нейтральным отражающим покрытием, блок 2 из трех каналов, каждый из которых содержит соответственно ЭОП1, ЭОП2 и ЭОПЗ с различными люминофорами (например, ЭОП, имеет люминофор со свечением в области G, ЭОП2 - в области R и ЭОПз - в области В) и выходной блок совмещения изображений 5, состоящий из двух зеркал 9, 10 с полупрозрачным отражающим покрытием и зеркала 11.

Рис. 3.19. Структурная схема устройства, основанного на способе одновременного смешения цветов Каждый из каналов блока 2 является усилителем яркости изображения заданного спектрального диапазона. В результате аддитивного смешения изображений красного, синего и зеленого цветов, реализуемого с помощью выходного блока 5, наблюдатель через окуляр 3 воспринимает цветное изображение объекта.