понимают площадь фотокатода, соответствующую площади действующей части считывающего электронного пучка.

Если считать, что весь световой поток от точечного объекта сосредоточен в зоне накопления, то за время экспозиции t среднее количество фотонов от такого объекта

Eaxt,

(3.11)

где Do6 - диаметр объектива; Е - освещенность, создаваемая точечным объектом в плоскости входного зрачка; т - коэффициент пропускания объектива; а= 1,3 х X 10* фотон/лм . с.

Среднее количество фотонов от фона за время экспозиции в зоне накопления

(3.12)

где Вф - яркость фона; /ов - фокусное расстояние объектива; о1ф - эффективная площадь зоны накопления. С учетом квантового выхода фотокатода Y находим

ЕОобуТ (3.13)

-эф 4Вф

Из формулы (3.13) видно, что отношение сигнал/шум растет пропорционально произведению диаметра объектива на его фюкусное расстояние и падает с увеличением зоны накопления, так как число квантов фона, попадающих в зону накопления, увеличивается, в то время как число квантов объекта при сделанном ранее допущении сохраняется неизменным. Отношение сигнал/шум прямо пропорционально квадратному корню из времени экспозиции и обратно пропорционально квадратному корню из яркости фона.

Максимальное время экспозиции определяется допустимой глубиной потенциального рельефа t/доп, так как при больших экспозициях может произойти насыщение и дальнейшее накопление зарядов приостановится.

Условие отсутствия насыщения [60]:

Я^оп>Оф, (3.14)

где Qflon и (Зф - величины допустимого заряда в зоне накопления и заряда, обусловленного фотонами от фона. Обозначив С - емкость единицы площади мишени, е -

заряд электрона получим:

и G - коэффициент усиления мишени,

Qflon - С^/допСэф;

Qф = oYeG

rBфtalф^,

ДОП

- aYGe 4

д

\ fo6

тВф

(3.15)

При обнаружении движущихся объектов время накопления должно удовлетворять дополнительному условию:

<-. (3.16)

где V - скорость движения изображения объекта на фотокатоде трубки.

Из новейших разработок можно отметить телевизионную трубку SEM (Si icon Electron Multiplication), способную заботать при освещенностях на катоде порядка Ю лк 120]. Трубка (рис. 73) состоит из двух секций: секции переноса изображения и секции сканирования. Первая представляет собой однокамерный ЭОП с электростатической фокусировкой, создающий электронное изображение рассматриваемого объекта. Размер электронного изображения на мишени 9,5 X 12,7 мм. Считывание изображения производится медленными электронами. Развертка электронного луча и его фокусировка осуществляются так же, как и в види-коне, магнитным полем.

Главным элементом трубки является мишень (рис. 73, б). Одна сторона мишени выполнена из кремния

Рис. 73. Схема телевизионной передающей трубки SEM (а) н поперечное сечение мишени (б):

/ - объектив; 2 - секция электронного переноса изображения; 3 - секция сканирования; 4 - выходной сигнал; 5 ~ светопоглощающнй слой; 6 - л+-слой; 7 - островки р-тнпа; 3 - крем-

SiO,.

ннй л-тнпа; 9 - окись кремния

п-типа, в который вкраплены островки р-типа, получающиеся диффузией бора через отверстия диаметром 6 мкм и глубиной 15 мкм. Островки разделены между собой окисью кремния SiOa и образуют с основой элементарные диоды. На другой стороне П+-СЛОЙ получен диффузией фосфора на глубину от 0,1 до 0,3 мкм. Поглощающий слой представляет собой тонкую металлическую пленку, расположенную перпендикулярно потоку фотоэлектронов, образующемуся в первой секции. Диапазон освещенностей фотокатода, при которых трубка может работать, 10 -10~ лк.

Телевизионные передающие трубки, чувствительные в ИК-области спектра, В последние годы разработано много новых образцов телевизионных передающих трубок, чувствительных к излучению в инфракрасной области спектра. Несмотря на различные названия, все они имеют однотипную схему устройства, аналогичную видикону, и отличаются только конструкцией и материалом мишени.

Область спектральной чувствительности видиконов зависит от свойств применяемого полупроводника, который выбирается в зависимости от назначения прибора. Для хорошего накопительного действия слоя его удельная про-

водимость должна быть порядка 10~ Ом~ > см~ . Это условие является довольно тяжелым для слоя, чувствительного к инфракрасным лучам, так как его проводимость и длинноволновая граница чувствительности связаны между собой и определяются через энергию перехода А^: чем меньше А^, тем больше проводимость и длинноволновая граница. Расширение спектральной области чувствительности видикона можно получить с помощью слоя зернистой структуры, запорного слоя, или вводя в слой низкоомный материал, чувствительный к ИК-лучам.

Принцип работы видикона с монокристаллической полупроводниковой мишенью иллюстрируется рис. 74, а. В вакуумированном баллоне с прозрачным для инфракрасных лучей входным окном расположена полупроводниковая мишень. Толщина мишени выбирается настолько малой, что возможна ее работа на прострел , т. е. излучение рассматриваемого объекта фокусируется объективом на лицевую сторону, а развертка электронным лучом производится с тыльной стороны. Даже с учетом потерь на оптическое излучение в толще полупроводника эта конструкция обеспечивает высокую чувствительность в заданной области спектра.

Для развертки тыльной поверхности мишени внутри трубки располагается электронный прожектор, состоящий из катода, управляющего электрода и трех анодов. Третий анод 8 выполнен в виде цилиндра и заканчивается мелкоструктурной тормозящей сеткой, благодаря которой направление движения электронов к мишени перпендикулярно всей поверхности.

Развертывающий луч отклоняется и фокусируется с помощью отклоняющей и фокусирующей катушек, расположенных на баллоне. Корректирующая катушка служит для совмещения оси электронного пучка с осью магнитного фокусирующего поля.

г SB 7 8 9 to и 12

Rn-i Cn-t

Рис. 74. Схема видикона, чувствительного к ИК-области спектра:

/ - объектив; 2 - входное окно; 3 - мишень; 4 - тормозящая сетка; 5 - фокусирующая катушка; 6 - стеклянный вакуумированный баллон; 7 - отклоняющая катушка; 8, 9, 10 - аноды; - корректирующая катушка; 12 - управляющий электрод; 13 - катод; 14 - видеосигнал.

Эквивалентная схема мишени (рис. 74, б) может быть представлена в виде элементарных емкостей С1, С2, Сп, зашунтированных резисторами R1, R2, Rn, сопротивление которых зависит от интенсивности излучения, попавшего на элемент. При коммутации мишени развертывающий луч заряжает элементарную емкость, доводя потенциал правой пластины до нуля. Ток заряда протекает через резистор создавая падение напряжения (видеосигнал). Для участка мишени, на который не попадает

излучение, зарядный ток равен нулю; для участка наибольшей облученности ток максимальный. С нагрузочного резистора снимается видеосигнал, представляющий собой серию импульсов, площадь которых пропорциональна интенсивности излучения, попадающего на данный элемент мишени.

Одна из конструкций видикона изображена на рис. 75. Мишень изготовлена из монокристалла германия с длинноволновой границей чувствительности около 2,5 мкм. Для того чтобы слой не разрушался электронным лучом,

Рис. 75. Видикои с мишеиью из монокристалла германия:

/ - модулятор; 2 - коллнмнрующая камера; 3 - световой луч накаленного катода: 4 - замедляющая сетка; 5 - вывод видеосигнала; 6 - трубопроводы с расширительными соплами для подачи жидкого азота; 7 - входное окно; 8 - контур охлаждения; 9 - мишень; 10 - электронный луч; - электроннооптическая система; 12 - катод.

сканирование осуществляется медленными электронами. Равномерное тормозящее поле перед мишенью обеспечивается сеткой.

Разработка эффективной и несложной системы охлаждения мишени оказалась сложной задачей. После опробования ряда вариантов была выбрана система охлаждения продуктами испарения жидкого азота, непрерывно поступающего в трубопровод из сосуда Дьюара. Температура 78 К поддерживается при расходе жидкого азота 30 смч.

Для устранения термических напряжений все детали системы охлаждения изготовлены из одного металла, детали соединяются автогенной сваркой. В качестве термоизоляции используется вакуум; конденсация инея на поверхности входного окна трубки устранена.

Эффективное считывание теплового изображения объекта на мишени (при скорости развертки 50 кадров/с) оказалось возможным при высоком значении электронного тока

луча (2,5 мкА). Последнее обусловило конструкцию электронного прожектора со сравнительно большими отверстиями в модуляторе и электроде, благодаря чему используется значительная часть эмиттирующей поверхности катода.

Излучение, создаваемое накаленным катодом, приводит к засветке мишени. Это явление можно устранить, наклоняя ось электроннооптической системы относительно геометрической оси трубки а угол 4°; при этом световые лучи катода не попадают на мишень. Выпрямление электрон-3

а

Рис. 76. Мишень на основе InAs (а) н спектральная характеристика видикона (б):

I - падающее тепловое излучение; 2 - п+-область; 3 - п-область;

4 - сканирующий электронный луч; Б - р-область.

ного луча производится поперечным магнитным полем, а его фокусировка перед мишеиью - аксиальным полем.

Крутизна характеристики трубки 1,9 мкА/В при токе луча 5,7 мкА и напряжении на мишени 5В. При относительном отверстии объектива 1 : 4,5 с помощью трубки различаются объекты с температурой поверхности 180° С; для объектива с относительным отверстием 1 : 1,5 пороговая температура снижается до 150° С. При меньшей температуре трубка может различать только подсвечиваемые объекты.

Советскими специалистами разработан видикон с монокристаллической полупроводниковой мишенью для работы в области до 4 мкм. При испытании трубки получены телевизионные изображения объектов, нагретых до температуры 125° С и выше. Пороговая мощность облучения при этой температуре составляет 1 10~ Вт/см. Получаемое изображение практически безынерционно П].

К числу новейших разработок относятся видиконы с мишенью на основе InAs, а также видиконы с пироэлектрической и матричной мишенями. В первых (рис. 76, а)