значительно больше времени его коммутации, то за коммутационный период емкость С преобразователя успевает лишь зарядиться. За время коммутации других преобразователей емкость разряжается через резистор R, величина которого соответствует входной освещенности. При коммутации каждого преобразователя происходит дозарядка емкости; ток при дополнительной зарядке создает на нагрузочном резисторе R сигнал, пропорциональный интегральной освещенности преобразователя за время образования кадра.

Один из опытных образцов твердотельной передающей телевизионной трубки скомпонован из трех идентичных секций, в каждую из которых входит 32 преобразователя. Секции снабжены выходным диодом и могут работать самостоятельно, как 32-элементный преобразователь, либо в комбинации с другими секциями. Элементарные преобразователи выполнены в виде кремниевой структуры р-типа с удельным сопротивлением 20-40 Ом см. Ширина элемента 50 мкм, длина 10 мкм; расстояние между центрами элементов 12,5 мкм. Секции смонтированы на металлизированной керамике. Для переключения преобразователей разработана специальная логическая схема. Полное время опроса секции 0,25-0,65 мс [72].

В другом образце трубки преобразователи выполнены из плоского кристалла кремния, покрытого изолирующей оксидной пленкой, поверх которой расположена решетка металлических электродов. Ширина каждого электрода 9 мкм, расстояние между ними 20 мкм, количество элементарных светочувствительных преобразователей 128 X X 106, активная площадь рецептора 15 мм.

Падающее на чувствительную площадку излучение поглощается, генерируя электрический заряд, который локально накапливается на поверхности кремния под металлическими электродами. Величина накопленного заряда пропорциональна интенсивности падающего потока. Изменяя напряжение на электродах, расположенных на поверхности оксидной пленки, можно передвигать заряд по определенному пути к выходному электроду. Здесь заряд превращается в аналоговый электрический сигнал, пропорциональный изменению лучистого потока вдоль строки.

Для образования видеоизображения оптическая система фокусирует изображение объекта на половину кремниевой пластины (64 X 106 элементов) Накопленный заряд пе-

редается на площадь запоминания - вторую половину кремниевой пластины и выводится построчно для считывания с помощью последовательного регистра. В это время на площади изображения накапливается новый заряд. Частота повторения этого цикла 60 Гц.

Если первый из рассмотренных образцов твердотельных передающих трубок нуждался в сложных цепях для развертки изображения, то второй образец является саморазвертывающимся и обеспечивает получение более однородного изображения с помощью простых внешних цепей. Новая камера работает безынерционно, без размазывания изображения и не подвержена выжиганию электронным лучом [126].

Принципиально новый метод преобразования невидимого изображения в видимое, основанный на нелинейных эффектах взаимодействия излучения со средой, предложен Дж. Уорнером [123]. Известно, что коэффициент преломления некоторых кристаллов зависит от напряженности приложенного к ним электрического поля. Если поле создается падающим на кристалл световым потоком, то возможно смешение оптических сигналов и образование излучения с суммарными или разностными частотами.

Одна из особенностей смешения волн оптического диапазона состоит в том, что скорость распространения световых волн в кристаллах изменяется с длиной волны, а иногда и с направлением распространения. Поэтому эффективное смешение возможно лишь при вполне определенной ориентации кристалла, которая должна регулироваться до тех пор, пока процесс смешения не окажется согласованным по фазе (сфазированным).

Для преобразования невидимого теплового излучения в видимый свет оно смешивается с излучением оптического квантового генератора (ОКГ), длина волны которого выбирается таким образом, чтобы длина волны смешанного излучения лежала в видимом участке спектра.

Эффективность преобразования пропорциональна мощности излучения ОКГ, квадрату длины кристалла и увеличивается с повышением нелинейного коэффициента связи, который для данного кристалла является величиной постоянной.

Основные компоненты и схема реализации устройства, основанного на преобразовании изображения методом повышения частоты, показаны на рис. 98. Нелинейный кристалл,

например ниобат лития (LiNbOg) или прустит (AgsAsSg), размещают в резонаторе ОКГ, где плотность мощности достигает наибольшего значения. Одно из зеркал резонатора имеет высокий коэффициент отражения для падающего излучения, а другое-высокий коэффициент отражения для излучения ОКГ и большой коэффициент пропускания для падающего теплового излучения от рассматриваемого объекта. Отмеченное выше требование согласования по фазе заключается в данном случае в том, что луч суммарной

Рнс. 98. Схема устройства для преобразования изображения методом повышения частоты:

/ - оптическая система; 2 - полосовой фильтр суммарной частоты; 3 - тепловое излучение объекта; 4 - зеркало, прозрачное для падающего теплового излучения; 5 ~ нелинейный кристалл; 6 - стеклянная пластина, установленная под углом Брюстера; 7 - активное вещество ОКГ; 8 - зеркало с высоким коэффициентом отражения.

частоты И луч ОКГ должны быть ортогонально поляризованы. Стеклянная пластина, размещенная в резонаторе под углом Брюстера, прозрачна для излучения ОКГ и отражает большую часть излучения суммарной частоты. После прохождения суммарного излучения через оптический фильтр его непосредственно наблюдают с помощью оптической системы.

Характерным для предложенного устройства, помимо отсутствия механически сканирующих компонентов и охлаждаемых приемников излучения, является простота перестройки длины волны в пределах нескольких микрон, которая осуществляется простым изменением ориентации кристалла относительно луча ОКГ.

Узкая спектральная полоса не позволяет эффективно применять этот метод для видения теплового излучения в окнах пропускания атмосферы (3-5 и 8-13 мкм), однако, по мнению иностранных специалистов, он может оказаться перспективным для использования в системах, где источником подсвета объектов является ОКГ на СОг.

Рассмотрим преобразователи изображения, работающие в диапазоне миллиметровых волн. Максимальная дальность действия приборов ночного видения инфракрасного диапазона сильно зависит от метеорологических условий. В снег, дождь и туман дальность действия аппаратуры

уменьшается настолько, что ее использование становится практически невозможным. Перед конструкторами и исследователями уже давно возникла задача создания приборов ночного видения, способных удовлетворительно функционировать в сложных метеорологических условиях. Один из путей решения этой задачи основывается на взаимодействии электромагнитного поля с неравновесными носителями тока в полупроводниках. Метод, который вначале был предложен для визуализации инфракрасных изображений [116], оказался приемлемым и для микроволновых полей [103, 107],

Сущность метода заключается в следующем. Отраженное от объекта направленное излучение генератора миллиметровых или субмиллиметровых волн фокусируется линзой, создающей изображение на полупроводниковой панели с малым темповым возмущением. Световой луч, сфокусированный на поверхность панели, приводит к местному образованию неравновесных носителей тока, которые вызывают локальное изменение всех электродинамических параметров материала панели (коэффициентов отражения, преломления и пропускания электромагнитных волн). Построчное сканирование возбуждающего луча поочередно изменяет проводимость различных участков полупроводниковой панели, что позволяет визуализировать пространственное распределение анализируемого поля. Проведенные экспериментальные исследования [103, 107] подтвердили принципиальную возможность практической реализации этой идеи. Схема установки показана на рис. 99. В качестве источника излучения взят клистрон (X = = 4,28 мм, / = 20 Гц). Выбор источника на такой длине волны обусловлен только наличием необходимых узлов. С точки зрения оптимальных условий работы системы в сложных метеорологических условиях, целесообразно использовать диапазон длин волн чуть меньше 1 мм, однако в этом диапазоне пока отсутствуют мощные источники излучения и чувствительные приемники.

Излучение клистрона направляется с помощью параболического отражателя диаметром 76 мм на объекты - плоские металлические диски диаметром 25 мм. Отраженное дисками излучение собирается люситовой линзой диаметром 250 мм в пятно диаметром 23 мм на полупроводниковой панели, помещенной за линзой. Панель освещается проектором с вольфрамовой лампой (рис, 99, б) и развертывается

теневым (бланкирующим) пятном. Перед проектором движется непрерывная прозрачная лента с темными квадратами размером 17 X 17 мм, расположенными так, что движущееся теневое пятно сканирует полупроводниковую

4 6

Рис. 99. Схема установки для видения на миллиметровых волнах (а) и аппаратура преобразования изображения (б): / - смесительный диод; 2 - рупор диаметром 20 мм; S - полупроводниковая панель; 4 - темное (бланкирующее) пятно; 5 - вспомогательная линза для фокусировки бланкирующего пятна; 6 - непрерывная движущаяся лента; 7 - непрозрачные участки; 8 - проектор; 9 - объект наблюдения (плоские металлические диски); 10 - люситовая линза; - параболический отражатель; 12 - клистрон; 13 - предусилитель; 14 - усилитель; 15 - электроннолучевая трубка; 16 - блок развертки.

панель, создавая телевизионный растр. Количество строк в кадре 34, частота кадров 2-4 кадра/с.

Освещенная проектором панель непрозрачна для миллиметрового излучения в связи с увеличением проводимости полупроводника; но проводимость затененной области уменьшается настолько, что излучение свободно проходит через панель. Благодаря перемещению бланкирующего пятна последовательно выбираются области радиоизображения. Миллиметровое излучение, пройдя через полупро-

водниковую панель, собирается и детектируется. Величина выходного сигнала пропорциональна интенсивности излучения, прошедшего через бланкирующее пятно на панели. Выходной сигнал модулирует электронный луч кинескопа, развертка которого синхронизирована с разверткой панели.

Панель для преобразования изображения изготовлена в виде решетки из 36 монокристаллов германия размером 17 X 17 X 4,28 мм, уложенных на пластине из люсита толщиной 3,2 мм. Толщину панели следует выбирать кратной половине длины волны. Длина панели 107 мм, толщина равна четырем длинам волн. Темповое удельное сопротивление 40 Ом см, что соответствует коэффициенту пропускания по мощности 0,237 или потерям 6,25 дб. В условиях освещения панели видимым светом потери превышают 30 дб. В качестве полупроводниковых панелей могут быть также использованы монокристаллы кремния п-типа (удельное сопротивление 150--200 Ом см, время жизни неравновесных носителей тока 45 мкс) и поликристаллы на основе селенида кадмия [51].

Собирающее устройство выполнено в виде конусообразного рупора длиной 40 мм и диаметром отверстия 200 мм. Отверстия располагаются на оптической оси за плоскостью изображения на расстоянии 100 мм от нее.

Величина мощности в различных точках установки,

Вт/см: на входе люситовой линзы 1,12 10 , на входе

полупроводниковой панели 1,02 10 , на входе рупора 3,15 10~. на коллекторном диоде приблизительно 10 , на выходе параболоида 70 МВт.

Частота развертки 4 кадра/с не является предельной. Принципиально этот предел зависит от времени жизни неравновесных носителей тока в панели. Установлено, что-для времени жизни от 100 до 200 мкс в панели размером 100 X 100 мм достижимая скорость развертки равна 30-кадров/с при 30 строках на кадр.

Важным достоинством рассматриваемого метода является его широкополосность (от сантиметрового до субмиллиметрового диапазона), характерная для поглощения неравновесными носителями тока.

Другой метод использования отраженного излучения радиоволн миллиметрового диапазона для воспроизведения изображения объектов основан на применении эвапорографа Черни, описанного в предыдущем параграфе.