专利名称:变倍二代象增强器的制作方法
本发明涉及变倍二代象增强器。
本发明是一种可将输入端的辐射图象转换为可见图象的真空光电成象器件，它用于光电成象系统，特别是夜视仪器中。
为了增强象增强器输出象的亮度，在其电子光学系统的象平面处设置一块微通道板，这种象增强器称之为二代象增强器。目前二代象增强器的基本结构，如USP3，868，536所示，见附图2。其中包括光电阴极〔1〕，阳极〔8〕，校正极〔5〕以及微通道板〔6〕与荧光屏〔7〕组成的近贴部分。由于每个电极都施加固定的电位，从而形成确定的电位分布，因此象增强器的电子光学放大率是固定不变的。这种定倍率的二代象增强器，其性能与应用均受到一定的限制。正如夏根(Schagen)所指出的“在景物的大小、亮度与衬度不同的条件下，需要一种放大倍率可变的象增强器系统以获得最大的视觉增益。在微光下观察，可降低倍率，用较高的亮度增益仍能看清景物的粗略细节;另一方面，如果亮度增加，可提高倍率，用较低的亮度增益和较小的视场来观察景物更精微的细节。这种变倍象增强器系统还有一个附加的实用的优点即开始搜索和寻找目标时，可用较大的视场;目标一经确定，可提高倍率，用较小的视场观察目标的细节。”(Advances in Electronics and Electron Physics，Vol.X VI，PP75-84)此外，对二代象增强器而言，若使其放大倍率在大于1的范围内变化，可利用更多的通道传递信息，以提高其鉴别率。
本发明的任务是设计一种变倍二代象增强器，使其倍率可在大于1的范围内变化。在其倍率变化的同时，视场、亮度增益与鉴别率也相应变化。当视场大时，倍率小、增益高、鉴别率较低;随着视场的缩小，倍率增大、增益降低、鉴别率提高。
为实现本发明的目的，可在光电阴极〔1〕与校正极〔5〕之间，增设调焦极〔2〕，变倍极(又称第一阳极)〔3〕，第二阳极〔4〕以代替定倍率二代象增强器中原有的阳极〔8〕，再加上由微通道板〔6〕与荧光屏〔7〕所组成的近贴部分，整个变倍二代象增强器的基本结构如图1所示。其中调焦极和变倍极的电位是可变的通过调节变倍极的电位，改变象增强器的电子光学放大率;同时，相应地改变调焦极的电位，以实现不同放大率下的最佳聚焦。
本发明的光电阴极〔1〕的衬底〔11〕(又称输入面板)可用玻璃或光纤面板等光学透明材料制造，其形状可以是平面的，也可以是曲面的。当光电阴极〔1〕的衬底〔11〕(输入面板)为玻璃平面时，其边缘鉴别率较低，且象平面远离光电阴极〔1〕，整管长度增加，但中心鉴别率较高。夜视用象增强器多采用光纤面板作为光电阴极〔1〕的衬底〔11〕(输入面板)。该面板朝向真空的内表面是曲面，一般是球面，而与大气接触的外表面是平面。曲率半径越小，边缘象质越好，且整管长度缩短。
变倍极〔3〕可制成平顶锥或球顶锥以及其它形状，但平顶锥形电极更容易测量定位。当变倍极〔3〕的电位较低或倍率较小时，光电阴极〔1〕表面的电场强度较弱，会降低电子光学系统的鉴别率。为提高光电阴极〔1〕表面的电场强度，在变倍极〔3〕与调焦极〔2〕之间不产生放电的条件下，即一般应保持变倍极〔3〕与调焦极〔2〕之间相距大于4～6毫米，应尽可能增大变倍极〔3〕与光电阴极〔1〕相对的那一端的径向尺寸。在不同的倍率或不同的电位分布下，光电阴极〔1〕边缘发射的光电子的轨迹与管子轴线的交点沿轴线散开。为了不截获这些边缘发射的光电子从而限制视场，可增大变倍极〔3〕与光电阴极〔1〕相对的那一端小孔的直径。
调焦极〔2〕的形状、电位和位置要与光电阴极〔1〕和变倍极〔3〕一起作为一个三极管统一设计。调焦极〔2〕一般制成圆筒形，在其靠近变倍极〔3〕的那一端，有一带弯钩的直径较小的细环。该细环可收拢光电阴极〔1〕与变倍极〔3〕之间的等位面，易于控制极间等位面的形状，使其在不同倍率下在视场限定的范围内均能接近同心球分布。
如前所述，一般希望变倍二代象增强器的电子光学放大率能扩展到大于1的范围。因此，第二阳极〔4〕的径向尺寸应大于变倍极〔3〕朝向微通道板〔6〕的那一端的径向尺寸，以免第二阳极〔4〕截获由变倍极〔3〕出来的靠近视场边缘的光电子。
第二阳极〔4〕的电位应高于微通道板〔6〕输入端的电位。于是，在两者之间，对由微通道板〔6〕逸出的正离子形成足够强的拒斥场，以免正离子流反馈到光电阴极〔1〕上。否则，这种正离子流会在光电阴极〔1〕上激发出二次电子;这些二次电子打在荧光屏中心附近，会产生寄生亮斑。同时，第二阳极〔4〕的电位可低于变倍极〔3〕的最高电位。这样，可在变倍极〔3〕的最高电位较低的情况下，达到放大倍率的最大值。
校正极〔5〕的电位应低于第二阳极〔4〕的电位，对由第二阳极〔4〕出来的光电子形成减速场并使其受到向轴力的作用，以保证光电子近乎垂直地聚焦到微通道板〔6〕的输入平面上。为了简化象增强器的结构、工艺及其供电电源，也可将校正极〔5〕制成圆筒形，其一端带有与微通道板〔6〕的输入面相接触的卷边，于是校正极〔5〕与微通道道板〔6〕的输入面连通，从而两者电位相等。
总之，对变倍二代象增强器来说，必须在特定的倍率范围内，在每个倍率下，保证光电子在全视场内都能实现最佳聚焦成象。为此，必须精心设计各电极的形状，电位与位置，通过在计算机上反复修改设计方案，才能取得满意的结果。
按本发明已经制成的变倍二代象增强器，还具有变视场、变鉴别率和变亮度增益等特点。测试结果表明，除光电阴极灵敏度、亮度增益、等效背景输入照度以及信噪比等均达到定倍率二代象增强器的性能指标外，整管电子光学放大率可由0.8倍变到2.5倍，光电阴极有效直径由28毫米变到11毫米，整管鉴别率由30对线/毫米提高到70对线/毫米。为验证该管在夜视仪器中的使用效果，还进行了低衬底、低照度下鉴别率的测试。当光电阴极输入面〔11〕的照度为1.8×10-4勒克司，鉴别率图案的衬度为30%，而整管倍率由0.8倍变到2.5倍时，整管鉴别率由11对线/毫米提高到21对线/毫米。由此可见，变倍二代象增强器可以延伸夜视仪器的作用距离。因此，它特别适用于中、远距离夜视仪器。
图1为本发明变倍二代象增强器，其中1-光电阴极;2-调焦极;3-变倍极;4-第二阳极;5-校正极;6-微通道板;7-荧光屏;11-输入面板;20-输出面板。
图2为已有技术-普通二代象增强器，其中1、5、6、7与图1中说明相同，8-阳极。
图3是本发明的一个实施例。现通过实施例制作的全过程介绍其各部分名称。调焦极〔2〕先与无氧铜支管〔12〕焊接在一起。然后将阴极短筒〔10〕，调焦极〔2〕，变倍极座〔14〕，第二阳极〔4〕与封接盘〔15〕通过陶瓷或玻璃等材料制成的绝缘环封接在一起。在此管筒内，分别装入变倍极〔3〕和调焦极内筒〔13〕并点焊好之后，即完成整个管筒组件。其中作为光电阴极〔1〕衬底用的输入面板〔11〕与阴极盘〔9〕用低熔点玻璃焊料封接，形成阴极组件。同样，作为荧光屏〔7〕衬底用的输出面板〔20〕与屏盘〔19〕也用低熔点焊料封接，形成屏组件。荧光屏〔7〕是由硫化锌、镉材料制成敷铝的高强屏。前盘〔16〕、板座〔17〕与后短筒〔18〕通过陶瓷或玻璃等材料制成的绝缘环封接在一起;将微通道板〔6〕装入板座〔17〕用校正极〔5〕压紧后，再将后者与前盘点焊在一起固定起来，从而形成后组件。按图3，将阴极组件、管筒组件、后组件以及屏组件相应的阴极盘〔9〕、阴极短筒〔10〕、封接盘〔15〕、前盘〔16〕、后短筒〔18〕以及屏盘〔19〕对接好之后，通过氩弧焊焊接在一起。这样将整个管体封接完成后，便可将其接在真空系统上制作光电阴极〔1〕。光电阴极〔1〕是由锑、钾、钠、铯四种材料制成的多碱阴极。待光电阴极〔1〕完成后，将管体从真空系统上封离下来。至此，整管制作过程结束。
变倍二代象增强器各电极的电位分配如下微通道板〔6〕的输出端接地，为零电位，其输入端的电位为-800--900伏。光电阴极〔1〕的电位为-2400伏。调焦极〔2〕的电位为-2320--2800伏。变倍极〔3〕的电位为-1700-+3000伏。第二阳极〔4〕的电位为+1500伏。校正极〔5〕与微通道板〔6〕的输入端同电位。荧光屏〔7〕的电位为+4000伏。
权利要求
1.一种变倍二代象增强器，其中包括具有固定电位的光电阴极[1]，校正极[5]，微通道板[6]和荧光屏[7]，本发明的特征是在光电阴极[1]和校正极[5]之间增设电位可调的调焦极[2]和变倍极[3]以及具有固定电位的第二阳极[4]以代替定倍率二代象增强器原有的阳极[8]。
2.如权利要求
1所述的变倍二代象增强器，其特征是在变倍极〔3〕与调焦极〔2〕之间距离大于4～6毫米情况下，尽可能增大变倍极〔3〕靠近光电阴极〔1〕那一端的径向尺寸和该端小孔的直径。
3.如权利要求
1所述的变倍二代象增强器，其特征是调焦极〔2〕可制成园筒形，在其靠近变倍极〔3〕的那一端有一带弯钩的直径较小的细环。
4.如权利要求
1所述的变倍二代象增强器，其特征是第二阳极〔4〕的孔径尺寸大于变倍极〔3〕朝向微通道板〔6〕的那一端的孔径尺寸。
5.如权利要求
1所述的变倍二代象增强器，其特征是校正极〔5〕可制成园筒形，其一端带有与微通道板〔6〕的输入面相接触的弹性卷边。
专利摘要
本发明涉及变倍二代象增强器，属真空光电成 象器件，它是在普通二代象增强器的光电阴极[1]、 校正极[5]之间增加调焦极[2]、变倍极[3]和第二阳 极[4]以代替普通象增强器的阳极[8]，通过改变变 倍极、调焦极的电位可以改变象增强器的电子光学放 大率，还可以改变视场、鉴别率、亮度增益，由此可延 伸夜视仪的作用距离。它适用于中远距离夜视仪 器。
文档编号H01J29/41GK86103271SQ86103271
公开日1987年11月25日 申请日期1986年5月13日
发明者朱克正 申请人:西安应用光学研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan