Микродискретизированный люминесцентный экран

 

Изобретение относится к элементной базе и устройствам оптического приборостроения, а точнее к люминесцентным экранам, преобразующим спектр изображения, например инфракрасного , в видимый. Изобретение может быть использовано в оптических системах, которые одновременно должны характеризоваться высокими разрешающей способностью, светоотдачей и контрастом визуализированного изображения . Микродискретизированный люминесцентный экран выполнен в виде волоконно-оптической детали, представляющей собой полимикроканальную пластину 1, полые каналы которой, разделенные стеклянными изолирующими прослойками 2,заполнены люминофором 3, а на торцы пластины 1 нанесены покрытия 4 и 5. Покрытие 4, нанесенное на входной торец экрана, выполнено в виде фильтра, прозрачного для визуализируемого излучения и отражающего видимый свет, а покрытие 5, нанесенное на выходной торец экрана, выполне но в виде фильтра, прозрачного для видимого света и отражающего визуализируемое излучение. При визуализации инфракрасного излучения и соответственно при использовании антистокS

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (»)4 С 02 В 6/06

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4194726/24-10 (22) 13.02.87 (46) 07 ° 09.88,. Бил. ll 33 (72) Д.К.Саттаров, А.А.Светлов, С А.Ершова, П.А.Михеев, Ф.И.Косинцев, И.Ф.Голубев и О.Я.Манаширов (53) 535.813 (088,8) (56) Саттаров Д.К. Волоконная оптика. Л.: Машиностроение, 1973,, с. 165-166, рис. 70б.

Там же, рис. 70в. (54) МИКРОДИСКРЕТИЗИРОВАННЫИ ЛММИНЕС. ЦЕНТНЫЙ ЭКРАН (57);Изобретение относится к элементной базе и устройствам оптического приборостроения, а точнее к лвми несцентным экранам, преобразунщим спектр иэображения, например инфракрасного, в видимый. Изобретение может быть использовано в оптических системах, которые одновременно должу

ÄÄSUÄÄ 1422201 А1 ны характеризоваться высокими разрешающей способностьн, светоотдачей и контрастом визуалиэированного иэображения, Микродискретизированный лвминесцентный экран выполнен в виде волоконно-оптической детали, представлявщей собой полимикроканальную пластину 1 полые каналы которой, разделенные стеклянными изолирующими прослойками ?,заполнены люминофором

3, а на торцы пластины 1 нанесены покрытия 4 и 5. Покрытие 4, нанесенное на входной торец экрана, выполнено в виде AHJIbTpa, прозрачного для виэуализируемого излучения и отражающего видимый свет, а покрытие 5, нанесенное на выходной торец экрана, выполнено в виде фильтра, прозрачного для видимого света и отражамцего виэуалиэируемое излучение. При визуализации инфракрасного излучения и соответственно при использовании антисток" ,У!

42220) 40 совых люминофоров 3 покрития 4 и 5 выполняются в виде соответствующих интерференционных фильтров, Микродискретизированное невидимое изображение 6 благодаря полному внутреннему отражению (ПВО) от приповерхностного слоя каждого канала, выполненного из двуокиси кремния, переносится с входного торца экрана на,выходной. При этом в люминофоре 3 происходит

Изобретение относится к элементной базе и устройствам оптического приборостроения, а точнее к люминесцентным экранам, преобразующим спектр изображения (например, инфракрасного изображения) в видимый, Цель изобретения - повышение раз. решающей способности экрана при од; новременном увеличении его светоотдачи, а также повышение контраста визуализированного изображения.

На чертеже представлены конструкция предлагаемого экрана и ход лучей немо

Микродискретиэированный люминесцентный экран выполнен в виде волоконно-оптической детали, представляющей собой полимикроканальную пласти-" ну 1 полые каналы которой, разделенные стеклянными изолирующими прослой-. ками 2, заполнены порошковым или сплошным ресструктурным люминофором

3, а на торцы пластины 1 нанесены . покрытия 4 и 5. Покрытие 4, нанесенное на входной торец экрана, выполне" но в виде фильтра, прозрачного для визуализируемого излучения, пропускающего его в прямом направлении и отражающего в этом же направлении видимый свет. Покрытие 5, нанесенное на выходной торец экрана, выполнено в виде фильтра, прозрачного для видимого света, пропускающего его в прямом направлении и отражающего в обратном направлении дошедшее беэ преобразования до выхода каналов визуализируемое излучение, При визуали= эации инфракрасного излучения и соответственно при использовании в качест ве спектропреобразующего заполнителя спектропреобразование невидимого излучения в видимое. Покрытия 4 и 5 увеличивают эффективность спектропреобразования путем уменьшения потерь. Лучи, попадающие в каналы под углами, меньшими критического угла

ПВО, поглощаются в подприповерхностном слое каждого канала, выполненном в виде восстановленного свинца.

5 з.п. ф-ли 1 ил, 3 каналов антистоксовых фотолюминофоров торцовые покрытия 4 и 5 выполняются в виде соответствующих интерференционных фильтров.

Приповерхностний слой каждого канала выполнен из двуокиси кремния, а подприповерхностный — из восстановленного свинца.

Полимикроканальные пластины пред10 -ставляют собой микропористую стеклянную пластину диаметром около 34 мм, толщиной О, 3-0, 5 мм и массой 0,5-0,8 Г о

Такая пластина содержит сквозные по лые канали, ориентированные строго параллельно один другому и организувшие регулярную микродискретную структуру. Средний диаметр каналов

9,5 мкм, толщина стеклянной прослойки между каналами около 1 мкм, разброс формы сечения и диаметров всех каналов по всему полю пластины и непостоянство толщини прослоек между каналами не более +iХ. В пластине диаметром 34 мм количество таких каналов равно около 10 млн. штук, Внедрение люминофора 3 в каналы полимикроканальной пластины l может быть осуществлено следующими способами: гетероэпитаксии, осмотическим, электроосмотИческим, ультрацентрифугирования, седиментационним.

Для изготовления экспериментальных и опытных партий экранов наибольшей простотой отличается следующий способ.

Из порошкаi люминофора, например, методом седиментации (осаждения из взвеси) селектируют микрочастицы с диаметром, не превышающим внутренний диаметр канала пластины 1. Пластина помещается в высокопрочкий стакан с

4 ° этим приповерхностным слоем после термоводородной обработки образуется слой восстановленного свинца с высоким показателем светопоглсщения.

Экран работает следующим образом.

Невидимое изображение 6, сформированное на плоскости входного торца пластины 1, микродискретизируется на элементы, размеры которых равны сече-: нию единичного канала, а количествочислу каналов в пластине. Это микродискретизированное изображение переносится на выходной торец экрана.

Одновременно с переносом в микродискретизированном люминофоре 3 происходит спектропреобразование первоначальФ ного .невидимого излучения - катодного, электрического, рентгеновского, радиоактивного, ультрафиолетового или инфракрасного в видимое, причем это преобразование происходит поэле ментно, т.е ° деинтегрированно, .внутри каждого единичного канала. В итоге на выходном торце экрана формируется визуализированное изображение.

Так как спектропреобразование невидимого излучения в видимое происходит в каждом канале независимо от других, отсутствует взаимодиффузия, "взаимоэасветка" носителей информации между элементами преобразуемого изображения.

В итоге разрешающая способность R спектропреобразователя - визуализатора определяется шагом структуры Ш=

= D „ + 2d, т.е. диметром D канала

,и толщиной 2d прослойки 2 между каналами, и равна

R = О,5(D„+ 21)- .

При этом разрешающая способность не зависит от толщины люминесцентного материала, т.е. от длины каналов.

Это позволяет подбирать пластину

1 такой оптимизированной толщины, чтобы .в слое люминофора 3 (с задан

Ъ ными свойствами, составом и конценч рацией компонентов ), заполняющего каналы, достигалась максимальная светоотдача - максимальное преобразование невидимого, воздействующего на экран излучения в видимое. Итак, часть ви» димого излучения, несущая полезную информацию и падающая на прослойку 2 под углами, большими угла полного внутреннего отражения, распространяется вдоль - внутри данного канала пластины 1, а часть выходит в прос.3 142220 донным отверстием. Суспензию из отобранных микрочастиц люминофора заливают в стакан и под действием внешнего давления (например, с помощью поршня

5 в стакане) эту суспензию прокачивают через каналы. Для задержания микрочастиц внутри каналов и предохранения пластины 1 от повреждений и разрушения со стороны вытекания жидкости вплотную к торцу пластины ставят опорный диск из микропористой керамики (или в виде другой полимикроканаль. ной пластины с меньшим диаметром каналов и с большей толщиной). При этом растворитель - жидкость суспензии вытекает через каналы опорного диска, а микрочастицы люминофоров остаются в каналах изготавливаемой пластины.

Входной торец этой пластины периоди- 2р чески очищают (при необходимости) ультразвуком для удаления частиц большого диаметра, не отселектированных при первой операции и не проходящих внутрь канала. 25

В зависимости от класса люьянофоров 3 входное покрытие 4 наносится из различных материалов, имеющих разные механизмы работы. При использовании катодолюминсфоров - это сверхтон- Эц кий слой из алюминия, электролюминофоров - полупроводниковые материалы . (типа халъкогенидных стекол, электрохромных материалов ); рентгено- и радиолюминофсров — это тонкие слои из алюминия, серебра и золота; стоксовых и антистоксовых фотолюминофоровэто интерференционные покрытия, пропускающие ультрафиолетовое илу инфракрасное излучение и отражающие види» мый свет Аналогичный подход используется при выборе состава выходного покрытия, Полимикроканальные пластины изготовляют, как правило, из высоко- 45 свинцового стекла, При этом после удаления опорных жил полимикроканаль ную пластину термообрабатывают в газовом потоке водорода и тем самым восстанавливают свинец. В итоге проз 50 рачная стеклянная микропористая плас» тина становится темной, сильно погло щающей свет, с множеством полых микроканалов. Внутренняя поверхность каждого канала имеет слой двуокиси кремния с показателем п„= 1,40-1,43, т.е. показатель прелоипения этого приповерхнсстного слоя меньше показателя преломления люминофоров. Под

201

2. Люминесцентный экран по п,I отличающийся { тем, что, а целью дополнительного увеличения светоотдачи, покрытие, нанесенное на входной торец экрана, выполнено в

Виде фильтраб прОзрачнОгО для Визу

Составитель В.Кравченко

Техред Л. Олийнык

Редактор И.Горная

Заказ 4428/47

Корректор H,Kîðoäü

Тираж 533

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

П оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

5 1422 лойку 2 и ослабляется или полностьв, поглощается н ее подприповерхностном .слое б

Видимое излучение, распространяющееся н обратном направлении, т.е. к

5 входному торцу канала, отразившись от покрытия 5, направляется к выходному торцу визуализатора, Не преобразованное в видимое при первом прохождении через люминофор 3 невидимое излучение отражается в обратном направлении от покрытия 4 и вторично проходит внутри каждого канала через слой люмино фора, преобразуясь в видимое.

Формула изобретения

1. Микродискретизированный лвминесцентный экран, выполненный н виде 20 волоконно»оптической детали с люмино . фором, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности экрана при одновременном увеличении его светоотдачи, волокон- 25 но оптическая деталь выполнена н виде полимикроканальной пластины, н которой люминофором заполнены полые каналы, а на торце нанесены покрытия.

ЗО ализируемого излучения и отражающего видимый свет.

3. Лвминесцентный экран по п.l, о т л и ч а в шийся тем, что, с целью дополнительного увеличения снетоотдачи, покрытие, нанесенное на выходной торец экрана, выполнено в виде фильтра, прозрачного для ви» димого света и отражающего низуализируемое излучение.

4. Люминесцентный экран по п,1, о т л и ч а в шийся тем, что, с целью повышения контраста низуализиронанного изображения, приповерхностный слой каждого канала выполнен из двуокиси кремния, а подприповерх ностный - из восстановленного свинца.

5. Лвминесцентный экран по пп.l и 2, отличающийся тем, что, с целью дополнительного увеличе" ния светоотдачи в инфракрасном диапазоне, покрытие, нанесенное на входной торец экрана, выполнено в виде интерференционного фильтра, прозрачного для инфракрасного излучения и отражающего видимый свет.

6. Лвминесцентный экран по пп,l и 3, а т л и ч а ю шийся тем, что, с цельв дополнительного увели чения светоотдачи н инфракрасном диапазоне, покрытие, нанесенное на выходной торец экрана, выполнено н .виде интерференционного фильтра, прозрачного для видимого света и отражающего инфракрасное излучение,