Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қолжетімді жарықтың қарқындылығын арттыруға арналған вакуумдық құрылғы
Vacuum tube device for increasing the intensity of available light
Сурет күшейткіші немесе бейне күшейткіш түтігі – бұл оптикалық жүйеде қол жетімді жарықтың қарқындылығын арттыруға арналған вакуумдық құрылғы, төмен жарық жағдайында, мысалы түнде пайдалануға мүмкіндік береді. Ол материалдардың рентген немесе гамма сәулелеріндегі флуоресценция сияқты төмен жарық процестерін визуалды бейнелеуді жеңілдетуге, немесе көрінбейтін жарық көздерін, мысалы жақын инфрақызыл немесе қысқа толқынды инфрақызыл сәулелерді көрінетінге түрлендіруге мүмкіндік береді. Олар жарық фотондарын электрондарға түрлендіру арқылы, электрондарды күшейту (әдетте микроканалдық пластинка арқылы) және күшейтілген электрондарды көру үшін қайта фотондарға түрлендіру принципі бойынша жұмыс істейді. Олар түнгі көру көзілдіріктері сияқты құрылғыларда қолданылады.
An image intensifier or image intensifier tube is a vacuum tube device for increasing the intensity of available light in an optical system to allow use under low light conditions, such as at night, to facilitate visual imaging of low light processes, such as fluorescence of materials in X rays or gamma rays (X ray image intensifier), or for conversion of non visible light sources, such as near infrared or short wave infrared to visible. They operate by converting photons of light into electrons, amplifying the electrons (usually with a microchannel plate), and then converting the amplified electrons back into photons for viewing. They are used in devices such as night vision goggles.
Кіріспе
Кескінді күшейту түтіктері (ККТ) — түнгі көру құрылғылары және медициналық бейнелеу құрылғылары сияқты көптеген құрылғылардың жұмыс істеуіне мүмкіндік беретін оптоэлектрондық құрылғылар. Олар әртүрлі толқын ұзындығындағы әлсіз жарықты бір толқын ұзындығындағы көрінетін жарық мөлшеріне айналдырады.
Image intensifier tubes (IITs) are optoelectronic devices that allow many devices, such as night vision devices and medical imaging devices, to function. They convert low levels of light from various wavelengths into visible quantities of light at a single wavelength.
Операция
Сурет күшейткіштер жарық фотондарының төмен деңгейін электрондарға айналдырады, оларды күшейтеді, содан кейін электрондарды қайтадан жарық фотондарына айналдырады. Төмен жарықтың көзінен фотондар объектив линзаға кіреді, ол суретті фотокатодқа шоғырландырады. Фотокатод фотоэлектрлік эффект арқылы электронды босатады, кіріс фотондары оған тиген кезде. Электрондар жоғары кернеу потенциалы арқылы микроканалдық пластинаға (МКП) жылдамдатылады. Жоғары энергиялы әрбір электрон МКП-ге тигенде, МКП-ден көптеген электрондар шығады, бұл процесс екіншілік каскадтық эмиссия деп аталады. МКП мыңдаған кішкентай өткізгіш каналдардан тұрады, олар электрондық соқтығысуды күшейту үшін нормальға қатысты бұрышта орналасқан, осылайша бақыланатын электрондық лавинада екінші электронның эмиссиясын арттырады. Барлық электрондар пластиналар арасындағы жоғары кернеу айырмашылығының арқасында түзу сызықта қозғалады, бұл коллимацияны сақтайды, және бір немесе екі электрон кірген жерде мыңдаған электрондар пайда болуы мүмкін. Жеке (төменгі) заряд айырмашылығы МКП-ден екінші электронды жылдамдатады, олар интенсификатордың екінші жағындағы фосфор экранына тигенге дейін, бұл әр электрон үшін фотонды босатады. Фосфор экранындағы сурет окуляр линзасымен фокусталады. Күшейту микроканалдық пластина сатысында оның екіншілік каскадтық эмиссиясы арқылы жүзеге асады. Фосфор көбінесе жасыл түсті, себебі адам көзі жасыл түске басқа түстерге қарағанда сезімтал, және тарихи тұрғыдан фосфор экрандарын жасау үшін қолданылған алғашқы материал жасыл жарық шығарған (содан әскерилер бейне күшейткіш құрылғыларын "жасыл теледидар" деп атаған).
Image intensifiers convert low levels of light photons into electrons, amplify those electrons, and then convert the electrons back into photons of light. Photons from a low light source enter an objective lens which focuses an image into a photocathode. The photocathode releases electrons via the photoelectric effect as the incoming photons hit it. The electrons are accelerated through a high voltage potential into a microchannel plate (MCP). Each high energy electron that strikes the MCP causes the release of many electrons from the MCP in a process called secondary cascaded emission. The MCP is made up of thousands of tiny conductive channels, tilted at an angle away from normal to encourage more electron collisions and thus enhance the emission of secondary electrons in a controlled Electron avalanche. All the electrons move in a straight line due to the high voltage difference across the plates, which preserves collimation, and where one or two electrons entered, thousands may emerge. A separate (lower) charge differential accelerates the secondary electrons from the MCP until they hit a phosphor screen at the other end of the intensifier, which releases a photon for every electron. The image on the phosphor screen is focused by an eyepiece lens. The amplification occurs at the microchannel plate stage via its secondary cascaded emission. The phosphor is usually green because the human eye is more sensitive to green than other colors and because historically the original material used to produce phosphor screens produced green light (hence the soldiers' nickname 'green TV' for image intensification devices).
Тарих
Сурет күшейткіш түтіктердің жасалуы 20 ғасырда басталды және содан бері үздіксіз дамып келеді.
The development of image intensifier tubes began during the 20th century, with continuous development since inception.
Ізашарлық қызмет
Сурет түтігі идеясын алғаш рет 1928 жылы Нидерландта Г. Холст пен Х. Де Боер ұсынды, бірақ оны жасауға жасалған алғашқы тырастар сәтті болмады. Холст 1934 жылы Philips компаниясында жұмыс істегенде ғана алғашқы табысты инфрақызыл конвертер түтігін жасады. Бұл түтік флуоресценттік экранға жақын орналасқан фотокатодтан тұрды. Қарапайым линза арқылы сурет фотокатодқа бағытталды және түтікшеде бірнеше мың вольт айырмашылық сақталды, нәтижесінде фотондармен фотокатодтан шығарылған электрондар флуоресценттік экранға тиді. Бұл экранға бағытталған нысанның суретімен экранның жарқырауына себеп болды, бірақ сурет кері емес еді. Осы бейне түрлендіргіш түтік арқылы инфрақызыл сәулелерді алғаш рет нақты уақытта көруге мүмкіндік болды.
The idea of an image tube was first proposed by G. Holst and H. De Boer in 1928, in the Netherlands , but early attempts to create one were not successful. It was not until 1934 that Holst, working for Philips, created the first successful infrared converter tube. This tube consisted of a photocathode in proximity to a fluorescent screen. Using a simple lens, an image was focused on the photocathode and a potential difference of several thousand volts was maintained across the tube, causing electrons dislodged from the photocathode by photons to strike the fluorescent screen. This caused the screen to light up with the image of the object focused onto the screen, however the image was non inverting. With this image converter type tube, it was possible to view infrared light in real time, for the first time.
0 буыны: ертедегі инфрақызыл электр-оптикалық бейне түрлендіргіштер
1930 жылдары және 1930 жылдың ортасында АҚШ-та даму жалғасты, RCA компаниясында алғашқы инвертті бейне күшейткіш жасалды. Бұл түтік, шар тәрізді катодтан шар тәрізді экранға бейнені бағыттау үшін электростатикалық инверторды пайдаланды. (Сфералардың таңдалуы осьтік аберрацияларды азайту мақсатында болды.) Бұл технологияның одан әрі дамуы тікелей бірінші 0-шы буын бейне күшейткіштеріне әкелді, олар екінші дүниежүзілік соғыс кезінде әскерилердің инфрақызыл жарықпен түнгі уақытта көруін қамтамасыз етті, соның ішінде оқ ату және жеке түнгі көру үшін де қолданылды. Неміс әскері 1939 жылы алғашқы әскери түнгі көру құрылғысын енгізді, ол 1935 жылдан бері әзірленген болатын. Екінші дүниежүзілік соғыста екі тарап та осы технологияларға негізделген түнгі көру құрылғыларын пайдаланды. Кейінгі технологиялардан өзгеше, 0-шы буын түнгі көру құрылғылары қолданыстағы жарықты айтарлықтай күшейте алмады, сондықтан олардың тиімді болуы үшін инфрақызыл сәуле көзі қажет болды. Бұл құрылғылар 1930 жылы ашылған S1 фотокатодын немесе «күміс-оттегі-цезий» фотокатодын қолданды, оның сезімталдығы шамамен 60 мкА/лм (микроампер люменге) және ультракүлгін аймақта шамамен 1%, ал инфрақызыл аймақта шамамен 0,5% кванттық тиімділікке ие болды. Маңыздысы, S1 фотокатоды инфрақызыл және ультракүлгін спектрде сезімталдық шыңдарын көрсетті және 950 нм-ден жоғары инфрақызыл сәулелерді көруге мүмкіндік берген жалғыз фотокатод материалы болды.
Development continued in the US as well during the 1930s and mid 1930, the first inverting image intensifier was developed at RCA. This tube used an electrostatic inverter to focus an image from a spherical cathode onto a spherical screen. (The choice of spheres was to reduce off axial aberrations.) Subsequent development of this technology led directly to the first Generation 0 image intensifiers which were used by the military during World War II to allow vision at night with infrared lighting for both shooting and personal night vision. The first military night vision device were introduced by the German army as early as 1939, developed since 1935. Early night vision devices based on these technologies were used by both sides in World War II. Unlike later technologies, early Generation 0 night vision devices were unable to significantly amplify the available ambient light and so, to be useful, required an infrared source. These devices used an S1 photocathode or "silver oxygen caesium" photocathode, discovered in 1930, which had a sensitivity of around 60 μA/lm (Microampere per Lumen) and a quantum efficiency of around 1% in the ultraviolet region and around 0.5% in the infrared region. Of note, the S1 photocathode had sensitivity peaks in both the infrared and ultraviolet spectrum and with sensitivity over 950 nm was the only photocathode material that could be used to view infrared light above 950 nm.
Күн көзін бұратын конвертерлер
Күнге сезімтал емес түрлендіргіштер, сондай-ақ күнге сезімтал емес фотокатодтар деп аталатын бұл құрылғылар, 280 нанометрден (нм) төмен толқын ұзындығындағы ультракүлгін (УК) сәулені анықтайды. Бұл УК диапазоны "күнге сезімтал емес" деп аталады, себебі ол Жер атмосферасына әдетте жететін күн сәулесінің толқын ұзындығынан қысқа. 1953 жылы Тафт және Апкер жасай білген күнге сезімтал емес фотокатодтар бастапқыда цезий теллуридін қолдану арқылы жасалған. Әскери қолданысына байланысты "ұрпақтарға" бөлінетін түнгі көру технологияларынан өзгеше, күнге сезімтал емес фотокатодтар осы жіктелуге жатпайды, өйткені олардың тиімділігі көбінесе әскери мақсатта емес. Олардың күнге сезімтал емес диапазонда УК сәулені анықтау мүмкіндігі, оларды көзге көрінетін күн сәулесінің бұзылысы болмайтын УК сәулеленуге сезімталдік қажеттіліктері бар қолданулар үшін пайдалы етеді.
Solar blind converters, also known as solar blind photocathodes, are specialized devices that detect ultraviolet (UV) light below 280 nanometers (nm) in wavelength. This UV range is termed "solar blind" because it is shorter than the wavelengths of sunlight that typically penetrate the Earth's atmosphere. Discovered in 1953 by Taft and Apker , solar blind photocathodes were initially developed using cesium telluride. Unlike night vision technologies that are classified into "generations" based on their military applications, solar blind photocathodes do not fit into this categorization because their utility is not primarily military. Their ability to detect UV light in the solar blind range makes them useful for applications that require sensitivity to UV radiation without interference from visible sunlight.
1-туыс: елеулі күшейту
Фотокатод материалдарының сезімталдығы мен кванттық тиімділігі артып, жақсарған сайын, 0-шы буын құрылғыларына қарағанда айтарлықтай нәтижелерге қол жеткізу мүмкін болды. 1936 жылы Горлих S 11 катодын (цезий антимоны) ашты, ол шамамен 80 мкА/лм сезімталдықпен және шамамен 20% кванттық тиімділікпен жұмыс істеді; бұл сезімталдық көрінетін аймақта ғана, шамамен 650 нм шекті толқын ұзындығымен шектелген. А.Х. Сомер ашқан биалкальды антимоноид фотокатодтары (калий-цезий антимоны және натрий-калий антимоны) және оның кейінгі көпсілтілі фотокатоды (натрий-калий-антимон-цезий) S20 фотокатоды, 1956 жылы жай ғана табылғанша, түтіктердің инфрақызыл сәулелерге сезімталдығы мен көрінетін спектрде күшейту қабілеті әскери мақсаттар үшін қажетті деңгейге жетпеді. S20 фотокатодының сезімталдығы шамамен 150-200 мкА/лм құрайды. Осы қосымша сезімталдық түтіктерді айдың жарығы сияқты аз жарықпен де пайдалануға мүмкіндік берді, сонымен қатар инфрақызыл сәулелердің аз деңгейінде де қолдануға жарамды болды.
With the discovery of more effective photocathode materials, which increased in both sensitivity and quantum efficiency, it became possible to achieve significant levels of gain over Generation 0 devices. In 1936, the S 11 cathode (cesium antimony) was discovered by Gorlich, which provided sensitivity of approximately 80 μA/lm with a quantum efficiency of around 20%; this only included sensitivity in the visible region with a threshold wavelength of approximately 650 nm. It was not until the development of the bialkali antimonide photocathodes (potassium cesium antimony and sodium potassium antimony) discovered by A. H. Sommer and his later multialkali photocathode (sodium potassium antimony cesium) S20 photocathode discovered in 1956 by accident, that the tubes had both suitable infrared sensitivity and visible spectrum amplification to be useful militarily. The S20 photocathode has a sensitivity of around 150 to 200 μA/lm. The additional sensitivity made these tubes usable with limited light, such as moonlight, while still being suitable for use with low level infrared illumination.
Каскадты (пассивті) бейнелеуді күшейтеді
Екінші дүниежүзілік соғыста немістер алғашқы тәжірибелер жүргізгенмен, АҚШ 1950 жылдары ғана "каскад" түрінде бірнеше түтіктерді пайдаланып, инвертер түтігінің шығысын екінші түтіктің кірісіне қосу арқылы жаңа тәжірибелерді бастады, бұл нысаннан келетін жарықты күшейтуге мүмкіндік берді. Бұл тәжірибелер күткеннен жақсы нәтиже берді және осы түтіктерге негізделген түнгі көру құрылғылары әлсіз жұлдыз жарығын анықтап, пайдалануға жарамды кескінді шығара алды. Дегенмен, осы түтіктердің өлшемі – ұзындығы 43 см, диаметрі 8,9 см – әскери қолдануға ыңғайсыз болды. "Каскад" түтіктер деп аталатын бұл құрылғылар алғашқы толыққанды пассивті түнгі көру құралдарын жасауға мүмкіндік берді. 1960 жылдары оптикалық талшықтардың пайда болуы шағын түтіктерді біріктіруге мүмкіндік жасады, соның нәтижесінде 1964 жылы алғашқы нағыз жұлдызды жарық көру құралдары жасалды. Осы түтіктердің көптеген түрлері Вьетнамда қолданылған AN/PVS 2 мылтық көзқарасын жақсарту құралында пайдаланылды. 20-ғасырдың ортасында зерттелген каскад түтігіне балама ретінде оптикалық кері байланыс қарастырылды, онда түтіктің шығысы кірісіне қайтарылады. Бұл схема мылтық көзқарасын жақсарту құралдарында қолданылмады, бірақ үлкен бейне күшейткіш жиынтықтарына рұқсат етілетін зертханалық қолдануларда сәтті пайдаланылды.
Although originally experimented with by the Germans in World War Two, it was not until the 1950s that the U. S. began conducting early experiments using multiple tubes in a "cascade", by coupling the output of an inverting tube to the input of another tube, which allowed for increased amplification of the object light being viewed. These experiments worked far better than expected and night vision devices based on these tubes were able to pick up faint starlight and produce a usable image. However, the size of these tubes, at 17 in (43 cm) long and 3.5 in (8.9 cm) in diameter, were too large to be suitable for military use. Known as "cascade" tubes, they provided the capability to produce the first truly passive night vision scopes. With the advent of fiber optic bundles in the 1960s, it was possible to connect smaller tubes together, which allowed for the first true Starlight scopes to be developed in 1964. Many of these tubes were used in the AN/PVS 2 rifle scope, which saw use in Vietnam. An alternative to the cascade tube explored in the mid 20th century involves optical feedback, with the output of the tube fed back into the input. This scheme has not been used in rifle scopes, but it has been used successfully in lab applications where larger image intensifier assemblies are acceptable.
2-туыс: микроканалдық пластинка
Екінші буынның бейне күшейткіштері бірінші буын түтіктерінде қолданылған көпсілтілі фотокатодты пайдаланады, бірақ сол материалдардың қалың қабаттарын қолдану арқылы S25 фотокатоды жасалды, ол қызыл спектрге сезімталдықты арттырып, көк спектрге сезімталдықты азайтады, бұл оны әскери қолдану үшін ыңғайлы етеді. Оның типтік сезімталдығы шамамен 230 мкА/лм және S20 фотокатодтық материалына қарағанда кванттық тиімділігі жоғары. Кейінгі нұсқалардағы цезийдің цезий оксидіне тотығуы үшінші буын фотокатодтарына ұқсас әдіспен сезімталдықты жақсартты. Каскадты түтіктерді жасауға мүмкіндік берген оптикалық талшықтар жинағын жасау технологиясы, өндірістегі шағын өзгерістермен, микроарналық пластиналарды (МАР) жасауға мүмкіндік берді. Микроарналық пластина – екі жағында нихром электроды бар жұқа шыны пластина, олардың арасында 1000 вольтқа дейін жететін үлкен потенциалдар айырмасы қолданылады. Пластина мыңдаған жеке қуыс шыны талшықтардан жасалады, олар түтіктің осіне қатысты "беткейлік" бұрышпен орналасқан. Микроарналық пластина фотокатод пен экран арасында орналасады. Электрондар "микроарнаның" қабырғасына соғылғанда екінші электронды тудырады, ал олар да қабырғаға соғылып, сигналды күшейтеді. МАР-ды жақындықпен фокусталатын түтікпен қолданғанда, бір МАР қабатымен 30 000 есеге дейін күшейтуге қол жеткізуге болады. МАР қабаттарының санын арттыру арқылы 1 000 000 еседен астам күшейтуге қол жеткізілуі мүмкін. Екінші буын құрылғыларын инверсиялау екі түрлі жолдың бірі арқылы жүзеге асырылды. Инверторлық түтік бірінші буын түтіктеріндегідей, МАР қосылған электростатикалық инверсияны пайдаланады. Жақындықпен фокусталатын екінші буын түтіктерін 180 градус бұрылысы бар талшық жинағын пайдалану арқылы инверсиялауға болады.
Second generation image intensifiers use the same multialkali photocathode that the first generation tubes used, however by using thicker layers of the same materials, the S25 photocathode was developed, which provides extended red response and reduced blue response, making it more suitable for military applications. It has a typical sensitivity of around 230 μA/lm and a higher quantum efficiency than S20 photocathode material. Oxidation of the cesium to cesium oxide in later versions improved the sensitivity in a similar way to third generation photocathodes. The same technology that produced the fiber optic bundles that allowed the creation of cascade tubes, allowed, with a slight change in manufacturing, the production of micro channel plates, or MCPs. The micro channel plate is a thin glass wafer with a Nichrome electrode on either side across which a large potential difference of up to 1,000 volts is applied. The wafer is manufactured from many thousands of individual hollow glass fibers, aligned at a "bias" angle to the axis of the tube. The micro channel plate fits between the photocathode and screen. Electrons that strike the side of the "micro channel" as they pass through it elicit secondary electrons, which in turn elicit additional electrons as they too strike the walls, amplifying the signal. By using the MCP with a proximity focused tube, amplifications of up to 30,000 times with a single MCP layer were possible. By increasing the number of layers of MCP, additional amplification to well over 1,000,000 times could be achieved. Inversion of Generation 2 devices was achieved through one of two different ways. The Inverter tube uses electrostatic inversion, in the same manner as the first generation tubes did, with a MCP included. Proximity focused second generation tubes could also be inverted by using a fiber bundle with a 180 degree twist in it.
3-туыс: жоғары сезімталдық және жиілік реакциясының жақсаруы
Үшінші буын құбырлар екінші буынмен негізінен бірдей болса да, екі маңызды айырмашылыққа ие болды. Біріншіден, олар 800 нм-ден 900 нм-ге дейінгі диапазонда екінші буын фотокатодтарына қарағанда сезімтал GaAs—CsO—AlGaAs фотокатодын қолданды. Екінші жағынан, фотокатодта теріс электрондық жақындық (NEA) қасиеті бар, бұл өткізгіштік аймағына оянған фотоэлектрондардың вакуумдық аймаққа еркін өтуіне мүмкіндік береді, себебі фотокатод шетіндегі цезий оксиді қабаты жеткілікті иілуді тудырады. Бұл фотокатодты фотондардан фотоэлектрон жасауда өте тиімді етеді. Дегенмен, үшінші буын фотокатодтардың әлсіз тұсы – оң иондардың зиянды әсеріне ұшырауы. Құбыр ішіндегі жоғары электростатикалық кернеу және микроканалдық пластинканың жұмысы фотокатодтың сезімталдығы Gen2 деңгейінен төмендеуіне дейін, шамамен 100 сағат ішінде істен шығуына себеп болды. Фотокатодты оң иондар мен микроканалдық пластинкадан бөлінетін газдардан қорғау үшін, олар микроканалдық пластинкаға бекітілген сіңген алюминий оксидінің жұқа қабатын қосты. Бұл фотокатодтың 900 мкА/лм-ден жоғары сезімталдығы, жарық аз болғанда жақсырақ жауап беруге мүмкіндік береді, бірақ бұл қабат көбінесе электрондардың 50%-ға дейін өтуіне кедерес келтірді.
While the third generation of tubes were fundamentally the same as the second generation, they possessed two significant differences. Firstly, they used a GaAs—CsO—AlGaAs photocathode, which is more sensitive in the 800 nm 900 nm range than second generation photocathodes. Secondly, the photocathode exhibits negative electron affinity (NEA), which provides photoelectrons that are excited to the conduction band a free ride to the vacuum band as the Cesium Oxide layer at the edge of the photocathode causes sufficient band bending. This makes the photocathode very efficient at creating photoelectrons from photons. The Achilles heel of third generation photocathodes, however, is that they are seriously degraded by positive ion poisoning. Due to the high electrostatic field stresses in the tube, and the operation of the MicroChannel Plate, this led to the failure of the photocathode within a short period as little as 100 hours before photocathode sensitivity dropped below Gen2 levels. To protect the photocathode from positive ions and gases produced by the MCP, they introduced a thin film of sintered aluminium oxide attached to the MCP. The high sensitivity of this photocathode, greater than 900 μA/lm, allows more effective low light response, though this was offset by the thin film, which typically blocked up to 50% of electrons.
Екінші буын супер
АҚШ-тың ұрпақ санаттары бойынша ресми түрде мойындалмаса да, Супер Екінші ұрпақ немесе Суперген технологиясын 1989 жылы Жак Дюпуй мен Джеральд Вользак жасаған. Бұл технология триалкальды фотокатодтардың сезімталдығын екі еседен астамға арттырды, сонымен қатар микроканалдық пластинаны жақсартты: ашық аумақтың үлесі 70%-ға дейін ұлғайтылып, шу деңгейі төмендетілді. Бұл, өндіруге арзан екінші буын түтікшелерінің үшінші буын бейне күшейткіш түтікшелерімен салыстырылатын нәтижелерге жетуіне мүмкіндік берді. Фотокатодтардың сезімталдығы 700 мкА/лм-ге жуықтап, жиілік диапазоны 950 нм-ге дейін кеңейтілген бұл технология АҚШ-тан тыс, әсіресе Photonis компаниясында дамытыла берді және қазір АҚШ-та өндірілмейтін жоғары сапалы түнгі көру құралдарының негізін құрайды.
Although not formally recognized under the U. S. generation categories, Super Second Generation or SuperGen was developed in 1989 by Jacques Dupuy and Gerald Wolzak. This technology improved the tri alkali photocathodes to more than double their sensitivity while also improving the microchannel plate by increasing the open area ratio to 70% while reducing the noise level. This allowed second generation tubes, which are more economical to manufacture, to achieve comparable results to third generation image intensifier tubes. With sensitivities of the photocathodes approaching 700 uA/lm and extended frequency response to 950 nm, this technology continued to be developed outside of the U. S., notably by Photonis and now forms the basis for most non US manufactured high end night vision equipment.
4-ші буын
1998 жылы американдық Litton компаниясы пленкасыз бейне түтігін әзірледі. Бұл түтіктер бастапқыда Omni V шарты бойынша жасалған және АҚШ әскерінің үлкен қызығушылығын тудырды. Дегенмен, сынақтар кезінде түтіктердің нашарлығы анықталды және 2002 жылы NVESD пленкасыз түтіктерге төртінші буын деген атауды жойды, содан кейін олар жай ғана Gen III Filmless деп аталды. Бұл түтіктер әлі де авиация және арнайы операциялар сияқты мамандандырылған қолданулар үшін өндірілуде, бірақ олар қаруға орнатылмайды. Иондық улану мәселесін шешу үшін олар MCP (вафли түтігіндегі оң иондардың басты көзі) өндірісі кезінде тазалау техникасын жақсартты және автогейтингті енгізді, соның салдарынан автогейтингтің жеткілікті уақыты фотокатодқа зиян келтірер алдында оң иондардың фотокатодтан шығарылатыны анықталды. Үшінші буынның пленкасыз технологиясы бүгінгі күнге дейін өндірісте және қолданыста, бірақ ресми түрде бейне күшейткіштердің төртінші буыны жоқ.
In 1998, the US company Litton developed the filmless image tube. These tubes were originally made for the Omni V contract and resulted in significant interest by the US military. However, the tubes suffered greatly from fragility during testing and, by 2002, the NVESD revoked the fourth generation designation for filmless tubes, at which time they simply became known as Gen III Filmless. These tubes are still produced for specialist uses, such as aviation and special operations; however, they are not used for weapon mounted purposes. To overcome the ion poisoning problems, they improved scrubbing techniques during manufacture of the MCP ( the primary source of positive ions in a wafer tube ) and implemented autogating, discovering that a sufficient period of autogating would cause positive ions to be ejected from the photocathode before they could cause photocathode poisoning. Generation III Filmless technology is still in production and use today, but officially, there is no Generation 4 of image intensifiers.
3 ұрпақ жұқа пленка
Сондай-ақ, 3 Omni VII және 3+ ұрпақтары деп аталады. IV ұрпақ технологиясымен туындаған мәселелерден кейін, жұқа пленка технологиясы қазіргі бейне күшейткіштердің стандарты болды. Жұқа пленкалы бейне күшейткіштерде пленканың қалыңдығы шамамен 30 Ангстромнан (стандартты) шамамен 10 Ангстромға дейін азаяды және фотокатодтың кернеуі төмендетіледі. Бұл үшінші буын түтіктерге қарағанда аз электрондардың тоқтатылуына себеп болады, бірақ пленка жағалған түтіктердің артықшылықтарын сақтайды. Қазіргі уақытта АҚШ әскері қолданатын көптеген бейне күшейткіштер үшін 3-ші буын жұқа пленка технологиясы стандарт болып табылады.
Also known as Generation 3 Omni VII and Generation 3+, following the issues experienced with generation IV technology, Thin Film technology became the standard for current image intensifier technology. In Thin Film image intensifiers, the thickness of the film is reduced from around 30 Angstrom (standard) to around 10 Angstrom and the photocathode voltage is lowered. This causes fewer electrons to be stopped than with third generation tubes, while providing the benefits of a filmed tube. Generation 3 Thin Film technology is presently the standard for most image intensifiers used by the US military.
Терминология
Сурет күшейткіш түтікшелері үшін қолданылатын бірнеше кең таралған атаулар бар.
There are several common terms used for Image Intensifier tubes.
Қақпа
Электрондық қақпа (немесе "қақпа") – бейне күшейткіш түтікті бақыланатын түрде қосу және өшіруге мүмкіндік беретін құрал. Электрондық қақпасы қосылған кезде бейнелерді өткізуге рұқсат беретін электрондық қақпалы бейне күшейткіш түтігі, камераның жапқышы сияқты жұмыс істейді. Қақпаның ұзақтығы өте қысқа болуы мүмкін (наносекундтар тіпті пикосекундтар). Бұл қақпалы бейне күшейткіш түтіктерді өте қысқа мерзімді оқиғаларды фотоға түсіру қажет болатын зерттеу орталарында пайдалануға өте қолайлы етеді. Мысалы, инженерлерге тиімді жану камераларын жобалауға көмектесу үшін, ішкі жану қозғалтқышындағы жанар майдың жану толқыны сияқты өте жылдам оқиғаларды жазу үшін қақпалы бейнелеу түтіктер қолданылған. Көбінесе қақпалау, басталуы бақылана алмайтын немесе болжауға болмайтын оқиғаларға бейнелеу түтіктерді синхрондау үшін қолданылады. Мұндай жағдайда, қақпа операциясы "қақпа электроникасы", мысалы, жоғары жылдамдықты цифрлық кешіктіру генераторларын пайдалана отырып, оқиғаның басталуына синхрондалуы мүмкін. Қақпа электроникасы пайдаланушыға түтіктерді оқиғаның басталуына қатысты қосу және өшіру уақытын анықтауға мүмкіндік береді. Қақпалы бейнелеу түтіктерді қолданудың көптеген мысалдары бар. Қақпалы түтіктердің өте жоғары жылдамдықпен жұмыс істеуі және жарықты күшейту қабілетінің арқасында, олар жарық сәулесінің нақты бөліктерін жазуға қабілетті. Импульсті жарық сәулесі нысанаға бағытталғанда, қақпа параметрлерін басқару арқылы нысанадан шағылысқан жарықтың ғана бөлігін түсіруге болады. Gated Pulsed Active Night Vision (GPANV) құрылғылары осы техниканы қолданатын қосымшаның тағы бір мысалы. GPANV құрылғылары пайдаланушыға өсімдіктер, жапырақтар және/немесе тұманның артында жасырылған қызығушылық тудыратын нысандарды көруге мүмкіндік береді. Бұл құрылғылар сондай-ақ терең судағы нысандарды табу үшін де пайдалы, себебі үздіксіз жарық көзінен (мысалы, жоғары жарықтылығы бар су астындағы прожектордан) жақын орналасқан бөлшектердің жарық шағылысы суретті бұрмалауы мүмкін.
Electronic Gating (or 'gating') is a means by which an image intensifier tube may be switched ON and OFF in a controlled manner. An electronically gated image intensifier tube functions like a camera shutter, allowing images to pass through when the electronic "gate" is enabled. The gating durations can be very short (nanoseconds or even picoseconds). This makes gated image intensifier tubes ideal candidates for use in research environments where very short duration events must be photographed. As an example, in order to assist engineers in designing more efficient combustion chambers, gated imaging tubes have been used to record very fast events such as the wavefront of burning fuel in an internal combustion engine. Often gating is used to synchronize imaging tubes to events whose start cannot be controlled or predicted. In such an instance, the gating operation may be synchronized to the start of an event using 'gating electronics', e. g. high speed digital delay generators. The gating electronics allows a user to specify when the tube will turn on and off relative to the start of an event. There are many examples of the uses of gated imaging tubes. Because of the combination of the very high speeds at which a gated tube may operate and their light amplification capability, gated tubes can record specific portions of a beam of light. It is possible to capture only the portion of light reflected from a target, when a pulsed beam of light is fired at the target, by controlling the gating parameters. Gated Pulsed Active Night Vision (GPANV) devices are another example of an application that uses this technique. GPANV devices can allow a user to see objects of interest that are obscured behind vegetation, foliage, and/or mist. These devices are also useful for locating objects in deep water, where reflections of light off of nearby particles from a continuous light source, such as a high brightness underwater floodlight, would otherwise obscure the image.
ATG (автоматты қақпа)
Автоматты қақпа – 2006 жылдан кейін әскери мақсаттар үшін жасалған көптеген бейне күшейткіш түтіктерде кездесетін мүмкіндік, бірақ ол бұрыннан да белгілі болған. Автоматты қақпасы бар түтіктер, микроканалдық пластинаға өтетін жарық мөлшерін реттеу үшін бейне күшейткіштің жұмысын тоқтатып, қосады. Бұл процесс жоғары жиілікте жүзеге асады және микроканалдық пластинадан тұрақты ток өтуін қамтамасыз ету үшін жұмыс циклы өзгертіледі. Осы арқылы, түтікті күндізгі жарықта да зақымдамай немесе мерзімінен бұрын істен шығармай пайдалануға болады. Бейне күшейткіштерді автоматты қақпамен жабдықтау әскери маңызы бар, себебі ол жұмыс уақытын ұзартуға, көрер қабілетін кешкі сағаттарда жақсартуға және жарық жағдайларының күрт өзгеретін ортада, мысалы, ғимаратқа шабуыл жасау кезінде сарбаздарға тиімді көмек көрсетуге мүмкіндік береді.
Auto gating is a feature found in many image intensifier tubes manufactured for military purposes after 2006, though it has been around for some time. Autogated tubes gate the image intensifier within so as to control the amount of light that gets through to the microchannel plate. The gating occurs at high frequency and by varying the duty cycle to maintain a constant current draw from the microchannel plate, it is possible to operate the tube during brighter conditions, such as daylight, without damaging the tube or leading to premature failure. Auto gating of image intensifiers is militarily valuable as it allowed extended operational hours giving enhanced vision during twilight hours while providing better support for soldiers who encounter rapidly changing lighting conditions, such as those assaulting a building.
Сезімталдық
Кескінді күшейтуші түтіктің сезімталдығы бір люменге микроампермен (μА/lm) өлшенеді. Ол фотокатодқа түскен жарық мөлшеріне шаққанда қанша электрон туындайтынын көрсетеді. Бұл өлшеу белгілі бір түс температурасында жасалуы керек, мысалы, "2854 К түс температурасында". Бұл сынақ жүргізілетін түс температурасы әртүрлі өндірушілерде сәл өзгеше болуы мүмкін. Әдетте, Gen2 құрылғылары үшін, 800 нм және 850 нм (инфрақызыл) сияқты нақты толқын ұзындықтарында қосымша өлшеулер де көрсетіледі. Әдетте, көрсеткіш неғұрлым жоғары болса, түтік жарыққа соғұрлым сезімтал болады.
The sensitivity of an image intensifier tube is measured in microamperes per lumen (μA/lm). It defines how many electrons are produced per quantity of light that falls on the photocathode. This measurement should be made at a specific color temperature, such as "at a colour temperature of 2854 K". The color temperature at which this test is made tends to vary slightly between manufacturers. Additional measurements at specific wavelengths are usually also specified, especially for Gen2 devices, such as at 800 nm and 850 nm (infrared). Typically, the higher the value, the more sensitive the tube is to light.
Қаулы
Нақтырақ айтқанда, шектеуші ажыратымдылық түтікше ажыратымдылығы миллиметрге шаққандағы сызық жұптарының санымен немесе lp/mm өлшенеді. Бұл экранның бір миллиметрлік аумағында жарықтан қараңғыға дейінгі әртүрлі қарқындылықтағы қанша сызықты ажыратуға болатынының өлшемі. Дегенмен, шектеуші ажыратымдылықтың өзі модуляцияны беру функциясының өлшемі болып табылады. Көптеген түтікшелер үшін шектеуші ажыратымдылық модуляцияны беру функциясы үш пайыз немесе одан аз болатын деңгей ретінде анықталады. Сан мәні жоғары болса, түтікшенің ажыратымдылығы да жоғары болады. Бірақ ескеретін маңызды нәрсе – бұл экранның физикалық өлшемдеріне, ал экранның көлеміне пропорционалды емес. Сондықтан, 64 lp/mm ажыратымдылығы бар 18 мм түтікше, 72 lp/mm ажыратымдылығы бар 8 мм түтікшеге қарағанда жоғары жалпы ажыратымдылыққа ие. Ажыратымдылық әдетте экранның ортасы мен шетінде өлшенеді және түтікшелерде осы екі көрсеткіш те жиі беріледі. Әскери стандарттағы немесе milspec түтікшелерде тек "> 64 lp/mm" немесе "64 сызық жұбынан жоғары/мм" сияқты талаптар болады.
More accurately known as limiting resolution, tube resolution is measured in line pairs per millimeter or lp/mm. This is a measure of how many lines of varying intensity (light to dark) can be resolved within a millimeter of screen area. However the limiting resolution itself is a measure of the Modulation Transfer Function. For most tubes, the limiting resolution is defined as the point at which the modulation transfer function becomes three percent or less. The higher the value, the higher the resolution of the tube. An important consideration, however, is that this is based on the physical screen size in millimeters and is not proportional to the screen size. As such, an 18 mm tube with a resolution of around 64 lp/mm has a higher overall resolution than an 8 mm tube with 72 lp/mm resolution. Resolution is usually measured at the centre and at the edge of the screen and tubes often come with figures for both. Military Specification or milspec tubes only come with a criterion such as "> 64 lp/mm" or "Greater than 64 line pairs/millimeter".
Пайдалану
Түтіктің күшеюі әдетте екі бірліктердің бірімен өлшенеді. Ең көп қолданылатын (СИ) бірлігі – cd·m−2·lx−1, яғни метр шаршысына бір люкс үшін кандела. Ескі дәстүр – Fl/Fc (фут-ламберттерге бір фут-шам). Бұл салыстырмалы күшеюді өлшеуде қиындықтар тудырады, себебі екеуі де таза қатынас емес, бірақ екеуі де кіріс қарқындылығына шаққандағы шығыс қарқындылығының шамасы ретінде өлшенеді. Бұл түнгі көру құрылғыларын сатуда дұрыс түсініксіздікке алып келеді, өйткені екі өлшеу арасындағы айырмашылық шамамен пи санына немесе 3,142 есеге тең. Яғни, 10 000 cd/m2/lx күшеюі 31,42 Fl/Fc-ге баламалы.
The gain of a tube is typically measured using one of two units. The most common (SI) unit is cd·m−2·lx−1, i. e. candelas per meter squared per lux. The older convention is Fl/Fc (foot lamberts per foot candle). This creates issues with comparative gain measurements since neither is a pure ratio, although both are measured as a value of output intensity over input intensity. This creates ambiguity in the marketing of night vision devices as the difference between the two measurements is effectively pi or approximately 3.142x. This means that a gain of 10,000 cd/m2/lx is the same as 31.42 Fl/Fc.
MTF (модуляциялық беру функциясы)
Кескінді күшейткіштің модуляциялық беру функциясы – фотокатодқа әртүрлі ажыратымдылықта ұсынылған сызықтардан түсетін белгілі бір кіріс деңгейінде дисплейдегі қара және ақ сызықтардың шығыс амплитудасын өлшеу. Ол әдетте ақ және қара сызықтардың белгілі бір жиілігінде (арақашықтығында) проценттік көрсеткіш ретінде беріледі. Мысалы, егер сіз 2 лп/мм жиілігінде 99% MTF көрсеткіші бар ақ және қара сызықтарды қарасаңыз, онда қараңғы және ақ сызықтардың шығысы қара немесе ақ кескінді қарағанда 99% қараңғырақ немесе ақ болады. Бұл мән ажыратымдылық артқан сайын төмендейді. Егер бір түтікшеде 16 және 32 лп/мм жиілігіндегі MTF көрсеткіштері 50% және 3% болса, онда 16 лп/мм жиілігіндегі сигнал 2 лп/мм жиілігіндегі сызықтарға қарағанда екі есе жарық/қараңғырақ болады, ал 32 лп/мм жиілігіндегі сызықтардың бейнесі 2 лп/мм жиілігіндегі сызықтарға қарағанда үш процентке ғана жарық/қараңғырақ болады. Сонымен қатар, шекті ажыратымдылық әдетте MTF үш процент немесе одан аз болатын деңгей ретінде анықталады, демек бұл түтікшенің ең жоғары ажыратымдылығы болып табылады. MTF кескінді күшейткіш түтікшенің жұмысының барлық кезеңіне әсер етеді, ал толық жүйеде қолданылатын оптиканың сапасы да оған әсер етеді. MTF-қа әсер ететін факторларға кез келген талшықты немесе шыны пластина арқылы өту, экран мен фотокатодта, сондай-ақ түтікше мен микроканалдық пластина арқылы өту жатады. Белгілі бір ажыратымдылықта MTF көрсеткіші неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жақсы.
The modulation transfer function of an image intensifier is a measure of the output amplitude of dark and light lines on the display for a given level of input from lines presented to the photocathode at different resolutions. It is usually given as a percentage at a given frequency (spacing) of light and dark lines. For example, if you look at white and black lines with a MTF of 99% @ 2 lp/mm then the output of the dark and light lines is going to be 99% as dark or light as looking at a black image or a white image. This value decreases for a given increase in resolution also. On the same tube if the MTF at 16 and 32 lp/mm was 50% and 3% then at 16 lp/mm the signal would be only half as bright/dark as the lines were for 2 lp/mm and at 32 lp/mm the image of the lines would be only three percent as bright/dark as the lines were at 2 lp/mm. Additionally, since the limiting resolution is usually defined as the point at which the MTF is three percent or less, this would also be the maximum resolution of the tube. The MTF is affected by every part of an image intensifier tube's operation and on a complete system is also affected by the quality of the optics involved. Factors that affect the MTF include transition through any fiber plate or glass, at the screen and the photocathode and also through the tube and the microchannel plate itself. The higher the MTF at a given resolution, the better.