Электронная оптика. Электронно-лучевые приботы

Кинескоп со щелевой маской  и планарной ЭОС

 

• Экран такого кинескопа имеет линейчатую структуру в виде сплошных вертикальных полос люминофоров красного, зеленого и синего цветов. Маска имеет щелевидные отверстия сравнительно небольшой длины. Основные преимущества кинескопа - повышенная на 15-20% яркость изображения, высокая чистота цветов, меньшая чувствительность к воздействию внешних магнитных полей, возможность самосведения лучей.

Кинескоп со щелевой маской и планарной ЭОС

Цветной кинескоп

 

• Кинескопы с повышенной разрешающей способностью имеют 1000-1200 линий на экране, маску меньшей толщины (до 0,1 мм) с большей площадью отверстий, антибликовое покрытие на экране, прецизионные отклоняющие системы.

Апертурная решетка

 

    В качестве маски используется вертикальная проволочная сетка (апертурная решетка), люминофор наносится в виде вертикальных полос трех основных цветов. Для гашения поперечных колебаний и придания проволочной сетке дополнительной жесткости применяются горизонтальные проволочки, которые называются Damper Wire — демпферные нити.

Разрешающая способность

 

    Разрешающая способность характеризует качество воспроизведения изображения монитором. Разрешение монитора 1024×768 означает возможность различить до 1024 точек по горизонтали при числе строк до 768. Под шагом точки (величиной «зерна») монитора понимается расстояние между соседними точками одного цвета. Размер одной точки составляет 0,25 – 0,27 мм.

Проекционные ЭЛТ

 

    Для получения телевизионных изображений на большом экране используются устройства с проекционными кинескопами. Это достигается главным образом за счет повышения рабочих токов и анодных напряжений (до 25-80 кВ) при размере экрана кинескопа 6-18 см по диагонали. Лазерные кинескопы (квантоскопы) имеют полупроводниковый экран, в материале которого под действием электронного луча происходит генерация лазерного излучения.

Квантоскоп

Запоминающие электронно-лучевые 

трубки

 

Запоминающие трубки или потенциалоскопы

применяются для запоминания информации,

поступающей в виде электрических сигналов,

хранения ее в течение определенного времени и воспроизведения в виде электрического сигнала или видимого изображения.

Запоминающие ЭЛТ

 

• Основным элементом запоминающих ЭЛТ является диэлектрическая мишень. На первом этапе работы трубки последовательность входных электрических сигналов с помощью электронного луча преобразуется в распределение зарядов по поверхности мишени - потенциальный рельеф.

Запоминающие ЭЛТ

 

     Эти заряды могут сохраняться на поверхности достаточно длительное время - до нескольких суток, а затем могут быть преобразованы в выходные сигналы. Основным процессом, определяющим работу запоминающей ЭЛТ, является вторичная электронная эмиссия, причем коэффициент вторичной эмиссии может быть меньше (режим медленных электронов) или больше (режим быстрых электронов) единицы.

Запоминающие ЭЛТ

 

• Мишень обычно представляет собой пластину из диэлектрика, с тыльной стороны которой нанесено проводящее покрытие, называемое сигнальной пластиной. Эквивалентная схема такой системы представляет собой емкость между сигнальной пластиной и поверхностью диэлектрика.

Схема потенциалоскопа с 

барьерной сеткой:

 

1 – корпус, 2 – ЭОС, 3 – отклоняющая катушка,

4 – проводящий слой, 5 – мишень,

6 – сигнальная пластина, 7 – барьерная сетка

Потенциалоскоп с  
барьерной сеткой

 

      В режиме записи входные сигналы подаются на сигнальную пластину.

      При сканировании мишени электронным лучом на ней создается потенциальный рельеф.

      При работе прибора в режиме считывания сигнал на сигнальную пластину не подается, электронный луч стирает с мишени потенциальный рельеф, а в цепи коллектора при этом воспроизводится зеркальное отображение ранее записанного сигнала.

Схема запоминающей трубки с 

видимым изображением:

 

1 – записывающий электронный прожектор,

2 – воспроизводящий электронный прожектор,

3 – отклоняющая система, 4 – коллекторная сетка,

5 – мишень, 6 – экран

Передающие электронно-лучевые 

трубки

 

В передающей электронно-лучевой трубке 

изображение объекта преобразуется в систему электрических сигналов, которые после усиления передаются в «эфир».

По принципу действия передающие трубки 

делятся на два типа:

мгновенного действия и

с накоплением заряда.

Трубки мгновенного действия обладают малой чувствительностью, поэтому не находят практического применения

Примером трубки мгновенного  действия 

является диссектор

 

К – катод, Д – диафрагма, Э – экран(анод),

ФК – фотокатод, ОК – отклоняющая катушка,

Фок.К – фокусирующая катушка

диссектор

 

   В приборе можно выделить две части - секцию переноса электронного изображения и секцию вторичного электронного умножения сигнала. Оптическое изображение объекта проецируется на фотокатод, где преобразуется в электронное. Последнее переносится на анод и непрерывно развертывается относительно отверстия анода в горизонтальном и вертикальном направлении.

диссектор

 

   В приборе можно выделить две части - секцию переноса электронного изображения и секцию вторичного электронного умножения сигнала. Оптическое изображение объекта проецируется на фотокатод, где преобразуется в электронное. Последнее переносится на анод и непрерывно развертывается относительно отверстия анода в горизонтальном и вертикальном направлении.

Трубки с накоплением заряда обеспечивают

высокую чувствительность благодаря  наличию 

светочувствительной мишени, состоящей  из 

большого числа фотоэлементов, нагруженных 

элементарными конденсаторами. При  этом 

эффект накопления заряда позволяет  повысить 

чувствительность трубки в n- раз по сравнению

с системой мгновенного действия (n- число

элементарных фотоячеек на экране).

Суперортикон – передающая ЭЛТ с переносом

изображения и считыванием информации  с 

двухсторонней диэлектрической  мишени 

пучком медленных электронов  и с вторичным 

усилением отраженного обратного  электронного 

пучка. Трубка состоит из трех секций: переноса

электронного изображения, коммутации  и 

вторичного электронного усиления.

Суперортикон:

К – катод,

А – анод,

М – модулятор,

ОК – отклоняющая система,

Фок. К – фокусирующая катушка для

считывающего луча,

ВЭУ – вторичный электронный умножитель,

ЭП – электронный пучок,

ПП – проводящая поверхность,

М – мишень,

ФК – фотокатод,

ОИ – оптическое изображение,

БС – барьерная сетка

 

Видикон – передающая ЭЛТ с фотопроводящей

мишенью, работающей на основе  внутреннего 

фотоэффекта. Мишень такого прибора  состоит 

из фотослоя (например, SbCs³) и сигнальной

пластины, нанесенной на плоскую поверхность

стеклянного диска в виде  проводящей 

прозрачной пленки двуокиси  олова. При 

проекции оптического изображения  на мишень 

на ней со стороны сигнальной  пластины 

формируется положительный потенциальный

рельеф.

Видикон:

ОИ – оптическое изображение,

К – катод,

А – анод,

М – модулятор,

ПП – проводящий слой,

М – мишень,

ОК – отклоняющая система,

Фок – фокусирующая катушка,

СП – светочувствительная поверхность

 

В плюмбиконе фотомишень состоит из трех

слоев и представляет собой p-i-n структуру.

При проецировании изображения  на мишень

 происходит генерация носителей заряда, которые попадают в n-область и частично разряжают элементарные конденсаторы, образуя потенциальный рельеф.

Плюмбикон по сравнению с  видиконом имеет более высокую  универсальность, низкую инерционность  и спектральную характеристику, близкую к чувствительности глаза.

Кремникон и суперкремникон

 

      Кремникон и суперкремникон – передающие трубки, фоточувствительная мишень в которых сформирована из сверхминиатюрных фотодиодов на основе кремния. В суперкремниконах осуществляется также электронное усиление сигнала за счет переноса изображения, что позволяет достичь чувствительности ~10^-4 Лк.

Суперортикон

Видикон

Электронно-оптические преобразователи

предназначены для преобразования 

спектрального состава излучения, усиления 

яркости изображения и регистрации  быстро 

проходящих процессов.

 

Изображение объекта, проецируемое на

фотокатод, трансформируется в электронное, которое с помощью фокусирующей ЭОП переносится на люминесцентный экран.

Электронно-оптические преобразователи

 

    Возможности преобразования спектрального диапазона излучения определяется спектральной чувствительностью фотокатода и охватывают инфракрасный, ультрафиолетовый и рентгеновский участки спектра. Однокаскадный ЭОП позволяет усилить яркость изображения в десятки-сотни раз. Для получения коэффициентов усиления на уровне 10³ - 10⁵ применяют многокаскадные ЭОП с промежуточным усилением, а также усилением за счет встраивания в прибор вторичного электронного умножителя.

Схема однокамерного 

электронно-оптического преобразователя:

 

ФК – фотокатод,

УЭ – управляющий электрод,

Э – экран

 

Многокаскадные ЭОП с мультищелочными фотокатодами и современные ЭОП с GaAs фотокатодами (нижний ряд)

Прибор  ночного  видения

 

     ПНВ состоит из трех оптических узлов: объектива, окуляра и ЭОП. С помощью объектива 1 на фотокатоде 2 электронно-оптического преобразователя создается оптическое изображение объекта 6. Под воздействием светового излучения на фотокатоде возникает эмиссия электронов, число которых в каждой точке фотокатода пропорционально облученности. Происходит первичное преобразование световой энергии в электрическую. Ускоряющим электрическим полем электроны разгоняются и приобретают энергию, достаточную для возникновения свечения материала, из которого изготовлен экран.

Прибор  ночного  видения

 

    В момент выхода из фотокатода электроны направлены равномерно во все стороны, но электронно-оптическая фокусирующая система 3, предусмотренная в ЭОП, стягивает их в узкий пучок и формирует на люминесцентном экране 4 изображение фотокатода. В плоскости экрана происходит преобразование электрической энергии в оптическую при помощи люминесцирующего вещества, которое светится видимым светом. С экрана изображение с помощью лупы 5 воспринимается глазом человека 7 или фотоприемным устройством.

Принципиальная схема прибора ночного видения

Ночной бинокль

Тестовые задания

 

    В электронной оптике при описании движения электронов в электрических и магнитных полях учитывают

• волновые свойства электрона
• зависимость массы электрона от его скорости
• учитывают и то, и другое
• и тем, и другим пренебрегают

Тестовые задания

 

   За показатель преломления в электронной оптике принимают

• потенциал в первой степени
• корень квадратный из потенциала
• потенциал в квадрате

Тестовые задания

 

    Диафрагма обладает фокусирующим действием, если

• поле справа от диафрагмы больше, чем поле слева
• поле справа от диафрагмы меньше, чем поле слева
• поля по обе стороны диафрагмы одинаковы