RU141372U1 - HIGH VOLTAGE HYBRID PHOTOSENSITIVE INSTRUMENT FOR REGISTRATION OF RADIATION OF LOW INTENSITY - Google Patents

Abstract

Высоковольтный гибридный фоточувствительный прибор для регистрации излучений малой интенсивности содержит последовательно расположенные в вакуумном корпусе фотокатод, проводящую сетку, электронно-чувствительную матрицу формирования изображения, а также блок питания, расположенный за пределами вакуумного корпуса, обеспечивающий подачу напряжения на фотокатод и проводящую сетку.A high-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation contains a photocathode sequentially arranged in a vacuum casing, a conductive grid, an electron-sensitive imaging matrix, and a power supply unit located outside the vacuum casing, providing voltage to the photocathode and the conductive grid.

Description

Полезная модель относится к гибридным фоточувствительным приборам, предназначенным для регистрации излучения малой интенсивности. Данные системы могут быть использованы в научно-исследовательских целях, для специальных применений, а так же в гражданской индустрии.The utility model relates to hybrid photosensitive devices designed to detect low-intensity radiation. These systems can be used for research purposes, for special applications, as well as in the civilian industry.

Из уровня техники известны гибридные фоточувствительные приборы, служащие для регистрации излучения и усиления изображения. Например, известен патент на твердотельный измерительный преобразователь, усиливающий яркость изображения RU 2297070 от 09.10.2002, МПК H01J 31/50. Твердотельный измерительный преобразователь, усиливающий яркость изображения содержит фотокатод, микроканальную пластину (МКП), твердотельный формирователь сигналов изображения, первый электрический вывод для приложения напряжения между фотокатодом и микроканальной пластиной, второй электрический вывод для приложения напряжения между микроканальной пластиной и твердотельным формирователем сигналов изображения; электрический вывод для выведения сигнала изображения с усиленной яркостью с твердотельного формирователя сигналов изображения; вакуумный корпус, содержащий собранные в единый блок фотокатод, микроканальную пластину и твердотельный формирователь сигналов изображения.Hybrid photosensitive devices are known in the art for detecting radiation and enhancing an image. For example, a patent is known for a solid-state measuring transducer that enhances image brightness RU 2297070 from 10/09/2002, IPC H01J 31/50. The solid-state measuring transducer that enhances the brightness of the image contains a photocathode, a microchannel plate (MCP), a solid-state imager, a first electrical output for applying voltage between the photocathode and a microchannel plate, a second electrical output for applying voltage between the microchannel plate and a solid-state imager; an electrical output for outputting an image signal with enhanced brightness from a solid-state imager; a vacuum housing containing the photocathode assembled into a single unit, a microchannel plate, and a solid-state imager.

Как правило, напряжение между фотокатодом и входом МКП используется в подобных приборах для включения и выключения прибора, а так же для осуществления режима стробирования. Когда напряжение на фотокатоде смещено в отрицательную сторону относительно входа МКП, то поток электронов выходит из фотокатода и поступает в МКП, то есть прибор включен. Если же напряжение на фотокатоде положительно по сравнению со входом МКП, электроны отталкиваются от МКП в сторону фотокатода, т.о. ток не течет и прибор выключен.As a rule, the voltage between the photocathode and the input of the MCP is used in such devices to turn the device on and off, as well as to implement the gating mode. When the voltage at the photocathode is shifted in the negative direction relative to the input of the MCP, the electron flux leaves the photocathode and enters the MCP, that is, the device is turned on. If the voltage at the photocathode is positive compared to the input of the MCP, the electrons repel from the MCP toward the photocathode, i.e. no current flows and the device is turned off.

Известен низковольтный фотодетектор для регистрации излучения малой интенсивности (заявка US 2011/0256655, от 20.10.2011, МПК H01L 31/18). Данное устройство содержит фотокатод, электронночувствительную матрицу формирования изображения, расположенную на малом расстоянии от фотокатода и источник создания электрического поля между фотокатодом и матрицей.Known low-voltage photodetector for detecting low-intensity radiation (application US 2011/0256655, from 10.20.2011, IPC H01L 31/18). This device contains a photocathode, an electron-sensitive image forming matrix located at a small distance from the photocathode and a source of creating an electric field between the photocathode and the matrix.

Недостаток данного технического решения заключается в том, что прибор может быть использован лишь при малых напряжениях (порядка 500 В), что не обеспечивает значительный коэффициент усиления прибора. При подаче больших напряжений (порядка несколько кВ) коэффициент усиления изображения увеличивается, но при этом становится невозможно обеспечить работу такого прибора в режиме стробирования. В самом деле, материал фотокатода обладает большим сопротивлением. Из-за этого изменение напряжения на фотокатоде происходит медленно, и при подаче значительных напряжений быстро стробировать фотокатод становится не возможно.The disadvantage of this technical solution is that the device can be used only at low voltages (about 500 V), which does not provide a significant gain of the device. When applying large voltages (of the order of several kV), the image gain increases, but it becomes impossible to ensure the operation of such a device in the gating mode. In fact, the material of the photocathode has high resistance. Because of this, the voltage change at the photocathode occurs slowly, and when significant voltages are applied, it is not possible to quickly gate the photocathode.

Задача настоящего технического решения заключается в создании высоковольтного гибридного фоточувствительного прибора для регистрации излучений малой интенсивности. Технический результат - обеспечение функции стробирования гибридного фоточувствительного прибора при больших напряжениях.The objective of this technical solution is to create a high-voltage hybrid photosensitive device for recording low-intensity radiation. The technical result is the provision of the gating function of a hybrid photosensitive device at high voltages.

Это достигается за счет того, что высоковольтный гибридный фоточувствительный прибор для регистрации излучений малой интенсивности содержит последовательно расположенные в вакуумном корпусе фотокатод, проводящую сетку, электронночувствительную матрицу формирования изображения, а так же блок питания, расположенный за пределами вакуумного корпуса, обеспечивающий подачу напряжения на фотокатод и на проводящую сетку.This is achieved due to the fact that the high-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation contains a photocathode sequentially located in the vacuum housing, a conductive grid, an electron-sensitive image-forming matrix, and a power supply unit located outside the vacuum housing that provides voltage to the photocathode and on a conductive grid.

Данное техническое решение изображено на рис. 1.This technical solution is shown in Fig. one.

Высоковольтный гибридный фоточувствительный прибор содержит герметичный вакуумный корпус 1, входное окно 2 с нанесенным на его внутреннюю сторону фотокатодом 3, проводящую сетку 4, электронночувствительную матрицу формирования изображения (ЭЧ матрица) 5, расположенную на основании 6. В качестве матрицы формирования изображения может быть использована электронночувствительная ПЗС-матрица или КМОП-матрица. Вакуумный герметичный корпус 1 состоит из металлических контактных колец 7 и 8 и керамического изолятора 9, расположенного между ними. Благодаря специфической конструкции входного окна 2 обеспечивается возможность развести контактные кольца 7 и 8 на необходимое расстояние для подачи достаточно высоких напряжений, сохраняя при этом малым промежуток между фотокатодом 3 и ЭЧ матрицей 5.The high-voltage hybrid photosensitive device contains a sealed vacuum housing 1, an input window 2 with a photocathode 3 deposited on its inner side, a conductive grid 4, an electron-sensitive image-forming matrix (EC matrix) 5 located on the base 6. As an image-forming matrix, an electron-sensitive CCD or CMOS sensor. The vacuum sealed housing 1 consists of metal contact rings 7 and 8 and a ceramic insulator 9 located between them. Due to the specific design of the input window 2, it is possible to separate the contact rings 7 and 8 to the required distance for supplying sufficiently high voltages, while maintaining a small gap between the photocathode 3 and the EF matrix 5.

Проводящая сетка 4 прикреплена к вакуумному корпусу 1 посредством сеточного узла 10. Проводящая сетка 4 выполнена из материала, нейтрального к высокоэнергетичным электронам, например, из медно-никелевого полотна. Конфигурация проводящей сетки 4 может быть различной: например, сетчатой, линейной, круговой, или любой другой, с различным шагом и/или размером ячейки сетки.The conductive grid 4 is attached to the vacuum housing 1 by means of a grid unit 10. The conductive grid 4 is made of a material that is neutral to high-energy electrons, for example, from a copper-nickel fabric. The configuration of the conductive mesh 4 may be different: for example, mesh, linear, circular, or any other, with different pitch and / or mesh cell size.

Прибор работает следующим образом. Для включения прибора на промежуток между фотокатодом 3 и основанием 6 подают разность потенциалов более -7 кВ. Это достигается за счет того, что на контактные кольца 7 и 8 герметичного корпуса подают напряжение, например на контактное кольцо 7 подают отрицательное напряжение более -7 кВ, тогда как второе контактное кольцо 8 заземлено. Напряжение поступает на фотокатод 3 и обеспечивает формирование электрического поля между фотокатодом 3 и матрицей 5. За счет приложения большого ускоряющего напряжения между фотокатодом 3 и матрицей 5 достигается значительный коэффициент усиления, достаточный для регистрации изображений малой интенсивности.The device operates as follows. To turn on the device, a potential difference of more than -7 kV is applied to the gap between the photocathode 3 and the base 6. This is achieved due to the fact that voltage is applied to the contact rings 7 and 8 of the sealed housing, for example, a negative voltage of more than -7 kV is applied to the contact ring 7, while the second contact ring 8 is grounded. The voltage is supplied to the photocathode 3 and provides the formation of an electric field between the photocathode 3 and the matrix 5. Due to the application of a large accelerating voltage between the photocathode 3 and the matrix 5, a significant gain is achieved that is sufficient for recording low-intensity images.

Электромагнитное излучение, проходя через входное окно 2, поступает на фотокатод 3, где в результате фотоэффекта образуются электроны. Под действием электрического поля электроны вылетают из фотокатода 3 по направлению к электронночувствительной матрице формирования изображения 5, на промежутке между фотокатодом и ЭЧ матрицей разгоняются за счет ускоряющего напряжения и бомбардируют ЭЧ матрицу 5 со стороны утоненной подложки, в результате чего формируется усиленный электрический сигнал. Данный сигнал считывается и выводится за пределы герметичного вакуумного корпуса 1 посредством специальных электродов (на рис.не показаны).Electromagnetic radiation, passing through the input window 2, enters the photocathode 3, where electrons are formed as a result of the photoelectric effect. Under the influence of an electric field, electrons fly out of the photocathode 3 towards the electron-sensitive image forming matrix 5, are accelerated by the accelerating voltage in the gap between the photocathode and the EC matrix and bombard the EC matrix 5 from the side of the thinned substrate, as a result of which an amplified electric signal is generated. This signal is read and displayed outside the sealed vacuum housing 1 by means of special electrodes (not shown in the figure).

Для того, чтобы выключить прибор, на проводящую сетку подают отрицательное напряжение, большее, чем напряжение на фотокатоде, например, -7,1 кВ. Такое напряжение на проводящей сетке запирает фотокатод, и ток в приборе прекращает течь. На проводящей сетке напряжение можно изменять быстро в больших пределах, это позволяет использовать прибор в режиме стробирования, в том числе, совместно с источником лазерного излучения.In order to turn off the device, a negative voltage is applied to the conductive grid, greater than the voltage at the photocathode, for example, -7.1 kV. This voltage on the conductive grid locks the photocathode, and the current in the device stops flowing. On a conductive grid, the voltage can be changed quickly over large limits, this allows the device to be used in the gating mode, including, together with a laser radiation source.

Таким образом, за счет данного технического решения обеспечивается функция стробирования гибридного фоточувствительного прибора при высоких напряжениях.Thus, due to this technical solution, the gating function of the hybrid photosensitive device at high voltages is provided.

Claims (1)

Высоковольтный гибридный фоточувствительный прибор для регистрации излучений малой интенсивности содержит последовательно расположенные в вакуумном корпусе фотокатод, проводящую сетку, электронно-чувствительную матрицу формирования изображения, а также блок питания, расположенный за пределами вакуумного корпуса, обеспечивающий подачу напряжения на фотокатод и проводящую сетку.

A high-voltage hybrid photosensitive device for detecting low-intensity radiation contains a photocathode sequentially arranged in a vacuum casing, a conductive grid, an electron-sensitive imaging matrix, and a power supply unit located outside the vacuum casing, which supplies voltage to the photocathode and the conductive grid.

Images