Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Отдельную группу оптико-электронных систем визуализации инфракрасных изо­бражений составляют приборы ночного видения (ПНВ), в которых в качестве приемни­ка и преобразователя оптического сигнала ближнего ИК-диапазона в видимое изобра­жение используется электронно-оптический преобразователь (ЭОП) - электровакуум­ный прибор, предназначенный для преобразования спектрального состава излучения и (или) усиления яркости изображения. Физические принципы и механизм работы ЭОП неоднократно рассматривались в литературе [13, 16 и др.].

На рис. 8.1 представлена функциональная схема ИКС с ЭОП так называемого нуле­вого поколения, где 1 - объектив, строящий инфракрасное изображение пространства объектов на фотокатоде 2, нанесенном на внутреннюю поверхность ваку у миро ванной стеклянной колбы 3; 4 - система формирования электронного изображения (фокуси­рующая и ускоряющая система); 5 - люминесцентный экран; 6 - окуляр; 7 - глаз или какое-либо устройство для регистрации видимого изображения (телевизионная камера, ПЗС-матрица, фотопленка и т. п.).

Конструкция блока питания ЭОП обычно состоит из двух частей: низковольтного источника («внешнего») и преобразователя низкого напряжения в высокое, необходи­мое для создания большой разности по­тенциалов (до десятков киловольт) между анодом и фотокатодом, а также между электродами фокусирующей и ускоряю­щей системы и фотокатодом («внутрен­ний» источник питания). Потребляемый при этом ток очень мал.

Многие параметры ЭОП и ПНВ опре­деляются через параметры основных узлов

ЭОП: фотокатода, фокусирующей и отклоняющей систем, экрана-анода. На рис. 8.2 приведены спектральные характеристики наиболее употребляемых в ЭОП фотокато­дов. Важными параметрами и характеристиками фотокатодов также являются: инте­гральная и спектральная чувствительности, которые часто в литературе и каталогах приводятся по отношению к световому потоку, (например, в мимроамперах на люмен), и потому для ИК-диапазона спектра они должны быть пересчитаны по известным ме­тодикам (см., например, [61]) к потоку излучения (например, в мкА/Вт); плотность темпового тока при рабочей темпера­туре фотокатода-, линейность харак­теристики фотокатода (энергетиче­ской); пороговая чувствительность или облученность фотокатода; размер (ра­бочий диаметр) фотокатода и др.

В ЭОП первого поколения, рабо­тающих в ИК-области спектра, чаще использовались серебряно-кислородно­цезиевые фотокатоды, чувствительные к излучению с длинами волн до 1,3...

1,4 мкм. Их средний квантовый выход составляет около 0,5%, а интегральная чувствительность - несколько сотен (до 1 ООО) миллиампер на люмен.

К числу важнейших параметров лю - минесцирующих экранов-анодов совре­менных ЭОП относятся: спектральная характеристика излучения экрана (см., например, рис. 8.3); интегральная яр­кость свечения экрана (максимальная, минимальная, в режиме автоматической регулировки яркости экрана); светоот­дача, т. е. отношение энергии, излучаемой единицей площади экрана, к мощности облу­чающих ее электронов; разрешающая способность или пространственно-частотная характеристика; размер экрана; инерционность или время послесвечения люминофо­ра-, яркость темпового фона, т. е. яркость экрана в отсутствие облучения фотокатода, но при наличии номинального рабочего питающего ЭОП напряжения (напряжения ме­жду экраном-анодом и фотокатодом).

По времени послесвечения экраны иногда делят условно на пять групп: 1) с очень ко­ротким послесвечением (10-5 с), 2) с коротким (10~5... 10~2 с), 3) со средним послесвече­нием (10~2... 10“1 с), 4) с длительным (0,1... 16 с), 5) с очень длительным (более 16 с).

Для визуального наблюдения обычно выбирают люминофоры на базе легирован­ных медью и серебром соединений ZnS и гпБе, гп8 и С(18, создающие желто - зеленое свечение.

Большинство перечисленных параметров и характеристик используется для описа­ния ЭОП в целом или для определения важнейших специфических параметров и харак­теристик ПНВ. К их числу обычно относят:

- коэффициент преобразования потока излучения (т|) - отношение светового пото­ка, излучаемого экраном, к потоку излучения, пришедшему на фотокатод;

- коэффициент яркости ЭОП (гц) - отношение энергетической яркости экрана, оцененной конкретным приемником при заданных условиях облученности фотокатода, к энергетической яркости идеальной диффузно отражающей пластины, оцененной тем же приемником при тех же условиях облучения;

- яркость темнового фона ЭОП - яркость свечения экрана ЭОП при отсутствии об­лучения фотокатода;

- размеры рабочих полей (поверхностей) фотокатода и экрана ЭОП,

- электронно-оптическое увеличение ЭОП (Гэ), равное отношению размера изобра­жения объекта на экране ЭОП к размеру соответствующего ему изображения на фото­катоде;

- динамический диапазон облученности, в котором работает ОЭП;

- увод, поворот и эксцентриситет изображения, характеризующие несовпадение систем координат изображений на фотокатоде и экране ОЭП;

-

Общее увеличение ПНВ (Гпнв), которое обычно определяется как Гпнв = Гэ (f’ob/f'ov), где /об и/'ок - фокусные расстояния объекти­ва и окуляра прибора соответственно;

- коэффициенты передачи контраста и пространственная частотно-контрастная характеристика ЭОП,

-

Разрешающая способность (предел раз­решения) ЭОП и ПНВ в целом или простран­ственно-частотные характеристики ЭОП и ПНВ;

- напряжение питания и потребляемый ток ЭОП;

- габаритные размеры и масса; —минимальное время наработки;

- тип контактов и ряд других параметров и характеристик конструкции ЭОП и ПНВ.

Преобразователи нулевого поколения ин­верторного типа, т. е. с оборачиванием изо­бражения (в США их также называют ЭОП первого поколения - GEN1), имеют плоские входные и выходные окна вакуумированного корпуса Их коэффициенты преобразования достигают 1000. Основным недостатком этих

ЭОП является неравномерное разрешение по полю изображений, заметно снижающее­ся от центра к краям. Фотокатод сферической формы и объективы, кривизна изображе­ния которых совпадает с кривизной фотокатода, чрезмерно усложняют оптическую систему и поэтому редко используются на практике.

Для улучшения равномерности разрешающей способности более приемлемо разме­щение на входе и (или) на выходе ЭОП волоконно-оптических элементов (ВОЭ) - плосковогнутых волоконно-оптических пластин. Такие приборы называют ЭОП перво­го поколения (в США — ОЕМ1+). Однако при этом ЭОП становится заметно дороже, так как 30% его стоимости и более приходится на ВОЭ. Кроме того, применение ВОЭ ве­дет к дополнительным оптическим потерям. Поэтому для улучшения качества изобра­жения в ЭОП инверторного типа с плоскими фотокатодами предлагается ряд решений [13, 181], из которых наиболее известна магнитная система фокусировки - весьма гро­моздкая и требующая сравнительно мощных источников питания.

Другим решением проблемы является установка мелкоструктурной сетки в отвер­стии диафрагмы, размещаемой перед анодом ЭОП. Такая система фокусировки позво­ляет уменьшить длину ЭОП при неизменном диаметре фотокатода и улучшить качест­во изображения по полю. Примером эффективности этого конструктивного решения явилась разработка малогабаритного ЭОП О-Бирег с рабочим диаметром фотокатода 14 мм при общем диаметре ЭОП 30 мм и длине 24 мм [58]. Разрешение ЭОП в центре поля составило 40...45, а на диаметре 12 мм - 15...20 линий на миллиметр. Чувстви­тельность фотокатода с фильтром К-17 >160 мкА/лм, коэффициент усиления яркости > 500, яркость темнового фона < 2-10-3 кд/м2.

Для увеличения коэффициента преобразования ЭОП составляют из нескольких кас­кадов (модулей). В качестве примера на рис. 8.4 показано устройство трехкаскадного ЭОП первого поколения. Входное ИК- изображение строится объективом на передней поверхности ВОЭ - 1 и переда­ется на фотокатод 2 первого каскада I.

Электронно-оптическая система 3 ускоря­ет и фокусирует испускаемые за счет фо­тоэмиссии электроны на люминесцентном экране 4. Полученное таким образом в каскаде I изображение передается через однотипные каскады II и III с большим усилением по яркости на выходной экран 5 (экран каскада III) и выходной ВОЭ оптические ускоряющие системы и экраны-аноды, увеличиваются от каскада к каскаду, достигая нескольких десятков киловольт.

Для изменения масштаба изображения в ЭОП могут использоваться ВОЭ с кониче­скими волокнами, позволяющими изменять соотношение между диаметрами фотокато­да и экрана-анода.

В ЭОП следующего, второго, поколения для увеличения коэффи­циентов преобразования и яркости применяется микроканальный уси­литель вторичной эмиссии - микро- канальная пластина (МКП), пока­занная на рис. 8.5,а. Диаметры ка­налов современных МКП Лк со­ставляют 5...6 мкм при периодах размещения отдельных элементов 1)И 6,5...7,5 мкм. Поскольку исполь­зование МКП исключает дисторсию изображения, что очень важно, раз­решение современных ЭОП с МПК достигает 64 лин/мм и более.

Нужно отметить, что возникно­вение «обратного» потока положи­тельных ионов, бомбардирующих фотокатод (рис. 8.5,6), существенно укорачивает срок службы ЭОП. Для ослабления этого потока использу­ются ионно-барьерные пленки, пре­пятствующие приходу ионов на фо­токатод. Однако такие пленки од­новременно ослабляют и поток эмитгируемых фотокатодом элек­тронов, что существенно уменьшает коэффициенты преобразования и яркости ЭОП.

Чтобы эмиттируемые электроны не пролетали сквозь капилляры МКП без соударения со стенками, на которые нанесен фотоэмиссион - ный слой, оптические оси капилля­

Ров располагают под некоторым углом а относительно нормали к торцевой поверхно­сти МКП (рис. 8.5,в).

Коэффициент усиления, характеризующий МКП, зависит от диаметра капилляров £)к и угла а, а также от отношения длины (толщины) МКП £мкп к ее диаметру £)мкп. При уве­личении отношения ^мкп/Лмкп приходится несколько увеличивать питающее МКП напря­жение, однако это окупается значительным ростом коэффициента усиления (табл. 8.1).

Структура ЭОП с МКП показана на рис. 8.6. Расстояния между фотокатодом и МКП и между МКП и экраном должны выбираться как можно меньшими, так как это увели-

Чивает разрешающую способность ЭОП. Благодаря применению МКП удалось сущест­венно уменьшить продольные размеры ЭОП и использовать их в нашлемных ПНВ, оч­ках и биноклях ночного видения (см. гл. 14).

Поскольку при большой облученности фотокатоды ЭОП могут разрушаться, мно­гие ПНВ с ЭОП оснащаются системой автоматической регулировки яркости (АРЯ) и системой защиты от ярких источников облучения. Система АРЯ управляет напряже­нием, питающим МКП, а система защиты от ярких источников, использующая регу­лируемые диафрагмы и заслонки (обтюраторы), может даже отключать источник пи­тания ЭОП.

Преобразователи второго поколения выполнялись и выполняются, в основном, в виде однокамерных устройств с ВОЭ на входном окне и с ВОЭ в качестве выход­ного окна, с МКП, а также со вторичным (высоковольтным) источником питания, конструктивно объединенным с вакууми - рованной колбой ЭОП.

В ЭОП второго поколения (ЭОП II или GEN II) используются мультшцелоч - ные фотокатоды, чувствительные в ближнем ИК-диапазоне (С25 и C25R), по­зволяющие обнаруживать лазерное излу­чение (лазерную подсветку) на длине волны X = 1,06 мкм.

В качестве примера в табл. 8.2 приве­дены параметры некоторых МКП для ЭОП II, предназначенных как для преоб­разования изображений, так и для обна­ружения подсветки ПНВ противником.

Разработка новых фотокатодов, в частности на базе GaAs, квантовая эффективность которых достигает 30%, позволила создать ЭОП без электростатической фокусирую­щей системы, т. е. работающие по схеме прямого переноса фотоэлектронов и усиления в МКП (ЭОП П+ и третьего поколений). Для инвертирования изображения на выходе таких ЭОП применяют специальные волоконно-оптические оборачивающие элементы

- «твистеры». В таких бипланарных конструкциях (ЭОП III или GEN III) (рис. 8.7), ис­пользуют плоскопараллельный волоконно-оптический элемент ВОЭ 1, плосковогнутый волоконно-оптический элемент ВОЭ 2, а также плоскопараллельный оборачивающий изображение ВОЭ 3 и микроканапьную пластину МКП.

Технология изготовления ЭОП III, в частности, обеспечивающая строгую парал­лельность фотокатода, торцев МКП и экрана-анода, а также ультравысокий вакуум при сборке этих пребразователей (до 1(Г10 Topp), весьма сложна. Поэтому преобразователи третьего поколения в несколько раз дороже ЭОП II, однако срок службы их гораздо

Больше. В настоящее время в ПНВ массового применения ши­роко используются ЭОП II, а в более ответственных системах - ЭОП III.

Дальность действия ряда ПНВ с ЭОП III, работающих в условиях облученности звездным небом, за­тянутым облаками, возросла более чем в два раза по сравнению с ПНВ на базе ЭОП П [13].

Совершенствование конструк­ций ЭОП позволило заметно уве­личить их интегральную чувстви - Рис. 8.7. Схемы ЭОП бипланарных конструкций тельность (до 1800...2500 мкА/лм

Для ЭОП III), отношение сигнал-шум (до 20 крат) и разрешение (до 60 и более пар линий на 1 мм).

За рубежом основными поставщиками ЭОП II и III являются американские фирмы «ITT Night Vision» и «Litton Electrooptical Systems Division». Параметры ряда отечест­венных ЭОП второго и третьего поколений приведены в табл. 8.3.

Преобразователи бипланарной конструкции, работающие по схеме прямого перено­са с микроканальным беспленочным усилителем и имеющие встроенный источник пи­тания, функционирующий в режиме стробирования, принято называть ЭОП четвертого поколения (ЭОП IV, GEN IV). Такие ЭОП имеют разрешающую способность не менее 64 пар линий на 1 мм и интегральную чувствительность не менее 2500 мкА/лм.

Перед разработчиками ЭОП стоит важная задача - достичь длинноволновой границы спектральной чувст­вительности фотокатода порядка 1,8 мкм, поскольку это позволит обнаруживать лазерную подсветку на длинах волн 1,06 и 1,54 мкм, создавать активно­импульсные ПНВ, например дальномеры-локаторы и целеук^затели.

В последние годы появились сведения о разработках фотокатодов из GaAs, легированного In, у которых длинноволновая граница чувствительности достигает

1.6.. . 1,7 мкм [65]. Это позволяет ПНВ работать при бо­лее высокой естественной ночной облученности, кото­рая в диапазоне 1,4... 1,8 мкм в безлунную ночь на два порядка выше, чем в диапазоне 0,4...0,9 мкм. Кроме того, при переходе к диапазону

1.4.. . 1,8 мкм уменьшается влияние атмосферного рассеяния (см. гл. 3), а контрасты многих объектов на естественных фонах выше и более стабильны, чем в диапазоне 0,4...0,9 мкм, где работает большинство современных ЭОП.

Разработки в области создания сверхтонких пленок из GaAs и других материалов позволяют по-новому оценить перспективность ЭОП с работающими на прострел эмиттерами, использование которых наиболее оптимально при их толщинах 1.. .3 мкм и диаметрах 8... 10 мм. В таком ЭОП (рис. 8.8), созданном в ОАО «НИИ электронных приборов», устраняется ослабление потока оборачивающим ВОЭ и существенно уменьшаются шумы при усилении электронного потока. Разрешение определяется раз­мерами и шагом ячеек анодной сетки и может достигать 60...70 штр./мм. Поскольку в ЭОП отсутствует МКП, то вполне достижимы уровни чувствительности 2500 мкА/лм и выше при большой долговечности [58].

Интересны сообщения о разработках новых ЭОП - пироэлектрического (или пиро - эмиссионного) типа [30]. На рис. 8.9 показано устройство одного из важнейших эле­ментов таких ЭОП - тонкопленочной пироэлектрической мишени, представляющей со­бой управляемую матрицу на базе органического пироэлектрика. Здесь 1 - тонкий про­водящий электрод, 2 - пленка пироэлектрика, 3 - фотоэмиссионная проводящая сетка, 4 - кольцевой электрод. Мишень имеет на порядок более высокую виброустойчивость,

Параметры отечественных ЭОП

Чем мишени из кристаллических пироэлектриков на триглицинсульфате, и работает в большом диапазоне температур (-60...+50°С).

Преобразователь работает следующим образом (рис. 8.10). Объектив 1 через вход­ное окно 2 строит изображение пространства объектов на передней поверхности пиро­электрической мишени 3, задняя поверхность которой с нанесенной на нее фотоэмис - сионной сеткой равномерно облучается осветителем 4. За счет пироэлектрического эф­фекта различно нагретые изображением участки мишени приобретают различный по­ложительный заряд. Прикладывая отрицательное импульсное напряжение к тонкому

Проводящему электроду на входе мишени, можно снизить потенциал поля перед фото - эмиссионной сеткой, т. е. создать некоторое отрицательное смещение на сетке - фотокатоде, а также полностью подавить фотоэмиссию в начале каждого цикла работы мишени, т. е. «обнулять» потенциал на поверхности мишени, как того требует физиче­ский механизм работы пироэлектрика, реагирующего на изменение температуры его поверхности. Распределение положительных зарядов в пироэлектрической мишени по­вторяет распределение яркости в изображении, построенном объективом, а распреде­ление количества электронов, эмиттируемых фотокатодом с разных его участков, соот­
ветствует этому распределению. С помощью элек­тростатической ускоряющей 5 и магнитной фокуси­рующей 6 систем электронное изображение строит­ся на люминесцентном экране 7, а с помощью ВОЭ

8 изображение оборачивается и рассматривается на­блюдателем (окуляр на рис. 8.10 не показан).

Для уменьшения фона из-за фотоэмиссии, проис­ходящей во время отсутствия импульса напряжения, подаваемого на входной электрод мишени, необхо­димо или увеличивать время цикла «опроса» мише­ни, или отключать осветитель 4. Изменение времени цикла «опроса» должно соответствовать времени, не­обходимому для восстановления поверхностного по­тенциала пироэлектрика до первоначального уровня. Снизить уровень шумов можно, выбрав оптимальные амплитуды, форму и длительность импульсов напряжения, а так­же управляя работой осветителя.

Начиная с 70-х годов, ЦНИИ «Электрон» (С.-Петербург), Институт высоких энергий (Протвино), а также некоторые зарубежные фирмы («RCA», «Pixel Vision Inc.», «Hama­matsu», «Phetek Ltd.») успешно разрабатывают конструкции гибридно-модульных пре­образователей (ГМП). В таких устройствах модуль ЭОП с МКП преобразует инфра­красное изображение в видимое, которое с помощью проекционного объектива или во­локонно-оптического элемента, состыкованного с экраном-анодом, подается на ПЗС или МПИ.

Модульная конструкция таких систем позволяет заменять дефектные ЭОП или ПЗС. К их достоинствам также относятся возможности изменять масштаб изображения в достаточно больших пределах (до 10 крат и более) и проецировать на ПЗС-матрицу с помощью переключающихся или дихроичных зеркал изображение не только ИК-, но и дневного канала оптической системы. Такие ГМП могут работать при низких уровнях освещенности (до 10“5 лк), а их динамический диапазон в непрерывном режиме работы

Достигает 105. Поскольку ЭОП на входе ГМП ограничивает динами­ческий диапазон сигналов сверху, увеличение этого диапазона (до 10й) возможно только при им­пульсном режиме (режиме строби - рования).

Если размер ПЗС-матрицы меньше размера экрана ЭОП, то при использовании ГМП уменьша­ется масштаб изображения, что снижает разрешающую способ­ность системы, но улучшает каче­
ство изображения за счет уменьшения шумов экрана. Одним из недостатков таких ГМП является увеличение продольных размеров системы.

В ЦНИИ «Электрон» для стыковки с различными ЭОП разработаны охлаждаемые до -30...-35°С ПЗС-матрицы формата 768x580 пикселов с размерами 27x27 мкм и входным окном в виде ВОЭ с разрешением 50 штр./мм и коэффициентом передачи контраста 0,75. Масса модуля - 1320 г, габаритные размеры -072x23мм.

Более просты конструкции систем, в ЭОП которых встроены МПИ, заменяющие со­бой экран-анод, т. е. здесь поток усиленных и сфокусированных электронов бомбарди­рует непосредственно чувствительный слой МПИ со стороны утонченной подложки. В таких конструкциях меньше потери мощности сигнала, больше отношение сигнал-шум и динамический диапазон принимаемых сигналов, меньше габариты и масса.

Нужно отметить, что несмотря на высокую чувствительность разрешающая способ­ность и ФПМ систем с ГМП хуже, чем у обычных телевизионных, поскольку в оптиче­ский тракт вводятся дополнительные элементы, прежде всего ЭОП, ухудшающие по­мехоустойчивость системы к внешним световым помехам и удорожающие ее. Как со­общается в [20], срок службы таких устройств на базе бомбардируемых электронами кремниевых ПЗС при освещенностях порядка 10~2 лк составляет несколько тысяч ча­сов. Поскольку для получения одной электронно-дырочной пары в кремнии необходи­ма энергия в 3,6 эВ, коэффициент электронного усиления в таких устройствах опреде­ляется как

К, = ‘(К-К)1М,

Где е - заряд электрона; Va - ускоряющее напряжение; V„ - пороговое напряжение, не­обходимое для начала процесса электронной бомбардировки.

В ЦНИИ «Электрон» были созданы система USD-16 и ее модификации на базе ЭОП I «Шар 2» и ПЗС-матрицы формата 532x290 с разрешающей способностью 390 телеви­зионных линий при освещенности от 10“2 до 10“3 лк [20], а в НИИОФИ и НИИЭПР - аналогичные ГМП на базе ЭОП ПМ-031 и «Ясень», имеющих диаметр фотокатода 40 мм и ПЗС-матрицы формата 1024x1024.

Фирма «Hamamatsu» (Япония) разработала модели ГМП №7220-61 и 7640-61, с GaAs-фотокатодом, чувствительным в диапазоне спектра 0,37...0,92 мкм. В первой мо­дели размер фотокатода составляет 12,2x12,2 мм, число пикселов - 512x512, электрон­но-оптическое усиление - 1300 при питающем ЭОП напряжении 8 кВ. Во второй моде­ли размер фотокатода составляет 9,2x6,8 формат - 512x512, усиление - 700 при напря­жении 6 кВ.

Основными трудностями, с которыми приходится сталкиваться разработчикам по­добных систем, являются: сохранение работоспособности МПИ и схем считывания при электронной бомбардировке, когда может возникнуть рентгеновское излучение; состы­ковка материалов МПИ с материалами, используемыми для создания вакуумных камер; сохранение МПИ и ПЗС в процессе изготовления конструкции, когда температура тех­нологического процесса, продолжающегося несколько часов, достигает 350°С.

Хотя большинство известных подобных устройств предназначено для работы в ви­димой области спектра, создание новых фотокатодов с достаточно большой чувстви­тельностью в ИК-диапазоне позволяет надеяться на успешное использование принципа сопряжения ЭОП и усилителей яркости изображения с МПИ в разнообразных ИКС «смотрящего» типа.

Еще одним перспективным направлением развития ЭОП является создание цветных преобразователей и усилителей яркости изображений. Как известно, цвет играет важ­нейшую роль в восприятии окружающей среды, и от его присутствия в построенном изображении во многом зависит информационная емкость последнего. (Некоторые особенности зрительного аппарата человека, в том числе и восприятия цвета, будут описаны в гл. 11.)

Системы с образованием цветных изображений смешением трех (а в отдельных слу­чаях и двух) монохроматических или близких к ним потоков могут использовать про­странственное смешение либо одновременное, либо поочередное во времени. Для обра­зования видимых цветных изображений наиболее распространенными являются крас­ная (R), зеленая (G) и синяя (В) составляющие с длинами волн 700; 546,1 и 435,8 нм со­ответственно.

Принцип действия цветного ЭОП прямого переноса с пространственным смешени­ем монохроматических составляющих поясняет рис. 8.11. Входной ВОЭ 2, располо­женный в корпусе ЭОП 1, состоит из тонких оптических волокон, которые являются одновременно световодами и оптическими фильтрами (2r, 2g и 2в на рисунке). Эти фильтры сгруппированы в RGB-триады, равномерно распределенные по сечению ВОЭ.

Фотокатод 4, нанесенный на внутреннюю поверхность ВОЭ, имеет достаточно равно­мерную чувствительность во всей области пропускания монохроматических потоков R, G и В. Внутри корпуса 1 устанавливается МКП 5, капилляры которой имеют тот же диаметр, что и волокна ВОЭ 2. Каждое отверстие канала МКП является проекцией со­ответствующего волокна ВОЭ 2 на поверхность МКП. На входную и выходную сторо­ны МКП наносятся токопроводящие пленки. Выходное окно 3 преобразователя состоит из экранного стекла 6, полупрозрачной токопроводящей пленки 7 и большого числа зе­рен люминофора красного (3r), зеленого (3G) и синего (Зв) свечения, которые также сгруппированы в RGB-триады и равномерно распределены по поверхности экрана. Структура и расположение этих триад сопряжены через МКП с учетом наклона ее ка­налов со структурой триад на поверхности ВОЭ 2. На электроды ЭОП подаются посто­янные напряжения, примерные значения которых указаны на рис. 8.11.

Вследствие малости расстояния между фотокатодом и МКП (порядка 0,1 мм) элек­троны не рассеиваются и отклоняются, а ускоряются под действием электрического поля (-180 В; земля) и практически без потерь попадают в расположенные напротив фильтров входные отверстия каналов МКП.

Описанная схема преобразователя может быть модифицирована, например, путем выполнения входного ВОЭ в виде волоконной планшайбы, на поверхность которой на­носятся RGB-фильтры из полиамидных смол. На входе и выходе ЭОП могут быть ус­тановлены идентичные ВОЭ, а фотокатод и люминофор экрана имеют достаточно рав­номерные спектральные характеристики во всем рабочем диапазоне спектра.

Еще одна схема получения цветного изображения с одновременным смешением монохроматических составляющих представлена на рис. 8.12. Устройство содержит

Объектив 1, окуляр 3, цветоделительный блок 4, состоящий из двух зеркал 6, 7 с дих- роическим покрытием и зеркала 8 с нейтральным отражающим покрытием, блок 2 из трех каналов, каждый из которых содержит соответственно ЭОПь ЭОП2 и ЭОП3 с различными люминофорами (например, ЭОП, имеет люминофор со свечением в об­ласти Я, ЭОП2 — в области в и ЭОПз - в области В) и выходной блок совмещения изображений 5, состоящий из двух зеркал 9, 10 с полупрозрачным отражающим по­крытием, и зеркала 11.

Каждый из каналов блока 2 является усилителем яркости изображения заданного спектрального диапазона. В результате аддитивного смешения изображений красного, синего и зеленого цветов, реализуемого с помощью выходного блока 5, наблюдатель через окуляр 3 воспринимает цветное изображение объекта.

Вместо ЭОП с цветными люминофорами в каждом из каналов могут быть использо­ваны ЭОП с люминофорами белого свечения, но тогда за экранами ЭОП должны раз­мещаться фильтры К, О, В соответственно по одному в каждом канале.

Если для образования цветного изображения смешивать не три, а два монохромати­ческих излучения, то можно создать цветной ПНВ, работающий по схеме, представ­ленной на рис. 8.13, где 1 и 2 - фильтры, каждый из которых пропускает одно из сме­шиваемых излучений, 3 - объективы левого и правого каналов, 4 - ОЭП 1К (с красным люминофором), 5 - ЭОП 2с (с зеленым люминофором), 6 - призменный блок, 7 — оку­ляры для правого и левого глаза наблюдателя.

В результате попадания различных световых потоков в левый и правый глаза по та­кой схеме на уровне психофизического восприятия формируется цветное (квазицвет- ное) изображение.

Цветной ПНВ, построенный по принципу последовательного во времени смешения монохроматических составляющих (цветов) (рис. 8.14), содержит объектив 1, ЭОП 2, окуляр 3 и модулятор в виде двух дисков с оптическими фильтрами, один из которых (4) размещен перед фотокадотом ЭОП, а второй (5) - за его экраном. Диски 4 и 5 жест­ко укреплены на оси 6 двигателя 7 и содержат секторы с фильтрами Я, в, В, причем

Фильтры одного цвета на обоих дисках 4 и 5 расположены соосно, т. е. один за другим вдоль оптической оси. Экран ЭОП покрыт люминофором белого свечения. В диске 4, расположенном перед фотокатодом ЭОП 2, устанавливаются фильтры с максимумами коэффициента пропускания в коротко-, средне - и длинноволновой областях спектра выбранного диапазона.

Благодаря высокой скорости вращения дисков 4 и 5 (не менее 3000 об/мин) и инерци­онности зрительного аппарата человека происходит аддитивное смешение последова­тельно воспроизводимых монохроматических составляющих (цветов). В результате изображение объекта, сформированное на экране ЭОП 2, воспринимается через окуляр

3 в цвете.

Достоинствами такого устройства являются простота реализации и отсутствие про­блем, связанных с совмещением отдельных монохроматических (например, Я, в, В) изображений.