книги из ГПНТБ / Левитин И.Б. Инфракрасная техника

Очень интересные возможности создает в этом случае использование в ЭОП волоконной оптики. Для связи ме­ жду камерами используют волоконные пластины. Схема

Для выравнивания разрешающей способности по полю второго фотокатода 2 входная волоконная пластина 7—7 (волоконный светопровод) делается двояковогнутой, а вы-

чРасстояние от центра фотокатода

Рис. 57. Распределение разрешающей спо­ собности по площади фотокатода каскадного ЭОП

ходная волоконная пластина 8 — плоско-вогнутой, плоской стороной наружу (что позволяет осуществлять контактное фотографирование изображения). На рис. 58, б показан хол лучей внутри стеклянных волокон: 9 — волокно; 10 — оболочка; 11 — элемент изображения на входе волокна.

Качество междукамерного волоконного соединения оп­ ределяется числовой апертурой волоконной оптики (чис­

120

волокон сильно снижают разрешающую способность в от­

с фотокатода под действием ионной бомбардировки и термо­ электронная эмиссия с фотокатода.

б)

11 9

Рис. 58. Схема двухкамерного ЭОП с волоконным соединением камер

Следует отметить, что главное влияние на параметры всего прибора оказывают шумы первой камеры. В частно­ сти, для снижения термоэлектронной эмиссии в некоторых случаях первый фотокатод подвергают охлаждению.

Паразитная эмиссия, вызываемая любым из перечислен­ ных процессов, либо непосредственно возбуждает экран и повышает яркость фона (т. е. снижает контраст изображе­ ния), либо вызывает люминесценцию стекла колбы, которая

всвою очередь вызывает паразитную эмиссию с фотокатода.

Внастоящее время ЭОП, главным образом, каскадные, применяются очень широко для целей, выходящих далеко за пределы первого их применения (для наблюдения объек­

тов в темноте при инфракрасном облучении), а именно: в астрономии (например, для исследования свечения вне­ галактических туманностей, для фотографирования двой­ ных и слабых звезд и др.), в экспериментальной физике

121

(для регистрации ионизирующих частиц в сцинтилляторах, для исследования атмосферных ливней, в качестве усили­ телей яркости изображения в ядерной физике и др.), в ме­ дицине (для рентгенокимографии и т. д.).

Подробные сведения об электронно-оптических преобра­ зователях читатель найдет в монографии Ф. Эккарта [45],

Рис. 59. Схема ЭОП с микропакалыіым каскадом усиления

а также в сборнике статей о каскадных ЭОП под редакцией M. М. Бутслова [16].

В самое последнее время разработаны ЭОП с микрока­ нальным каскадом усиления, основанные на новом прин­ ципе — использовании микроканального каскада усиле­ ния [2]. Схема такого ЭОП показана на рис. 59. Объектив 1 создает инфракрасное изображение объекта на фотока­ тоде 2. Электроны, вылетающие с фотокатода, фокусируются электронной линзой 3 (плоским конденсатором, создающим однородное электростатическое поле) на микроканальном каскаде усиления 4. Он представляет собой диск толщиной 1—3 мм, к концам которого приложено рабочее напряже-

122

ние. Диск 4 состоит из нескольких миллионов стеклянных капилляров диаметром от 16 до 40 мкм. Внутренняя по­ верхность капилляров (каналов) покрыта тончайшим, по­ рядка долей нанометра, слоем полупроводника с высоким удельным сопротивлением.

Полупроводниковый слой служит эмиттером вторичных электронов и, кроме того, создает линейное ускорение этих электронов. После усиления вторичные электроны при по­ мощи второй электронной линзы 5 создают изображение на катодолюминесцентном экране 6. Один микроканаль­

Разрешающая способность микроканального ЭОП со­ ставляет 15—17 штр/мм. Показано, что оптимальный диа­ метр каналов составляет 16—18 мкм; при уменьшении диа­ метра снижается чувствительность ЭОП и уменьшается контраст электронного изображения (из-за попадания элек­ тронов в соседние каналы).

Эвапорографы. За последние годы было создано не­ сколько конструкций этой разновидности инфракрасных пирометров в США и СССР. Наиболее совершенным из них является эвапорограф ЭВ-84 Государственного оптиче­ ского института им. С. И. Вавилова. Он состоит из камеры со сменными объективами (рис. 60), закрепленной на шта­ тиве, вакуумного насоса и пульта питания.

Оптическая схема прибора показана на рис. 61. Зер­ кальный объектив 10 создает инфракрасное изображение объекта на мембране M вакуумной кюветы эвапорографического преобразователя. Освещение мембраны пучком белого света от лампы накаливания осуществляется при помощи оптической системы, состоящей из конденсора и объектива 5, полупрозрачного зеркала 13 и теплозащит­ ного фильтра 6. Эвапорографическое изображение можно одновременно наблюдать через окулярную систему /—2 и полупрозрачное зеркало 3 и фотографировать через объек­ тивы 4 и 14. Вместо фотоаппарата может быть использо­ вана кинокамера.

Фотонегатив эвапорографического изображения затем фотометрируется, для чего надо знать координаты отдель­ ных точек объекта. Для облегчения этого на плоскость, сопряженную с плоскостью мембраны, проецируют изобра­ жение координатной сетки 16 с помощью оптической

123

Ut

Рис. 61. Оптическая схема эвапорографа ГОИ ЭВ-84

Для выделения отдельных участков инфракрасного спектра (3—5; 3 — 7,5; 8— 11,5 мкм) или неселективного ослабления лучистого потока служат специальные фильтры.

Эвапорограф ЭВ-84 имеет три сменных объектива со следующими данными:

1. Зеркальный из двух асферических зеркал, со спек­ тральной рабочей областью 1—19 мкм (в данном случае она определяется пропусканием входного окна вакуумной кюветы, изготовленного из каменной соли), с относитель­

вано на сравнении известных излучений с исследуемым, например, по методу интерполяции. Для этого в эвапорографический приемник вводят два известных излучения от встроенных в эвапорограф черных тел — одно из излуче­ ний при этом заведомо больше, а другое меньше, чем ис­ следуемое излучение объекта. Интерполируя полученные результаты, можно измерить энергетическую температуру объекта и, если известен его коэффициент излучения, пе­ рейти к истинной температуре.

При использовании метода интерполяции необходимо измерить визуально скорости конденсации в местах изобра­ жения наблюдаемого объекта и черных тел сравнения. При этом скорость процесса определяется секундомером по вре­ мени, необходимому для того, чтобы в том или ином месте изображения появился некоторый реперный цвет, соот­ ветствующий определенной толщине слоя масла (связь между цветом изображения и толщиной слоя масла вполне однозначна), например голубой интерференционный пер­ вого порядка.

На рис. 62 показаны фотографии мощного шунта — , обычная (а) и эвапорографические (б и б), снятые в его ин­ фракрасном излучении; цветные изображения сделаны че­ рез некоторый промежуток времени (на снимках видно, что изменение толщины слоя масла изменило интерференцион­ ные цвета).

126

При использовании фотографического способа делают серию снимков эвапорографического изображения, которые подвергают потом денситометрическои обработке. Методы такой обработки описаны в [36, 40].

Инфракрасная фотография на инфрахроматических слоях. Использование инфракрасных излучений для фото­ графирования позволяет решить ряд научных, техниче­ ских и художественных задач.

Благодаря различию отражательной способности мно­ гих объектов в инфракрасной области спектра и видимой области фотографирование в инфракрасных излучениях передает вид объектов совсем по-иному, нежели на обыч­ ной фотографии (это относится к естественной зелени, го­ лубому небу, поверхности воды, некоторым краскам и т. д.)

Кроме того, сравнительно малые потери инфракрасных излучений при прохождении через замутненную атмо­ сферу (при воздушной дымке или легком тумане) позволяют успешно фотографировать удаленные объекты, которые не получаются вовсе на обычном снимке.

Фотографирование в инфракрасных излучениях осно­ вано на том, что при нем используются материалы, чувст­ вительные к этим излучениям. При этом видимые излуче­ ния, идущие от объекта, задерживаются непроницаемыми для них светофильтрами.

Инфракрасная фотография выполняется при помощи обычных или специальных фотографических аппаратов, в которых используются негативные фотографические ма­ териалы (пластинки или пленки), чувствительные к инфра­ красным излучениям.

Фотографические негативные материалы, используемые в инфракрасной фотографии (инфрахроматические мате­ риалы), отличаются от обычных бромосеребряных материа­ лов наличием дополнительной области чувствительности к инфракрасным излучениям, кроме существующей у бро­ мосеребряных эмульсий чувствительности к ультрафиоле­ товым, синим и фиолетовым излучениям.

Создание дополнительной чувствительности фотогра­ фических эмульсий к тем излучениям, которые они обычно не чувствуют, называется оптической сенсибилизацией. Процесс оптической сенсибилизации осуществляется пу­ тем введения в эмульсию специальных красителей (опти­ ческих сенсибилизаторов). В настоящее время предельное достигнутое положение максимума сенсибилизации состав-

127

ляет 1,02 мкм, а граница чувствительности инфрахроматических материалов 1,1 мкм.

Очень важно отметить факт, имеющий значение для практики инфракрасной фотографии: чем дальше в инфра­ красную область спектра смещен максимум сенсибилиза­ ции, тем меньше (и притом в значительной степени) ста­ новится чувствительность и сохраняемость инфрахромати-

ванные в области 0,76 •— 0,88 мкм, а материалы с более далеким положением максимума сенсибилизации исполь­ зуются только для специальных научных целей (например,

вспектрофотографии).

Втабл. 22 приводятся некоторые данные по Ю. Н. Го­ роховскому и Т. М. Левенберг [19, 20] об отечественных инфрахроматических материалах — инфрахром-760, ин- фрахром-840 и инфрахром-880 (цифра обозначает положе­ ние максимума сенсибилизации в нанометрах), а на рис. 63 представлены кривые спектральной чувствительности для этих материалов: / — инфрахром-760, 2 — инфрахром-840, 3 — инфрахром-880.

-— 0,85 мкм используются для самых разнообразных целей (в медицине, микроскопии, ботанике, геологии, минера­ логии, для пейзажных съемок, исследования окрашенных образцов текстиля, фотографирования в темноте, археоло-

128