Так як в такій конструкції найпростішого перетворювача електрони, які виходять з однієї точки фотокатода, Неможливо сфокусуватись електричним полем, а лише переносяться цим полем на екран, то зображення точки на екрані виходить у вигляді кружка розсіювання. Це відбувається в результаті того, що електрони рухаються між катодом і екраном не паралельно один одному, а по параболічних траєкторіях і Наконечний ділянці шляху внаслідок розкиду початкових швидкостей електронів відбувається деяке розсіювання електронного пучка. Діаметр кружка розсіювання можна визначити за формулою
де U0 - напруга, що визначає початкову енергію електронів (для киснево-серебряноцезіевого фотокатодаU0 = 0,3 В), Uy - прискорює напруга, l- відстань між фотокатодом і екраном.
Рис.2. Траєкторія руху електрона
прискорювальна напруга
Якщо v0 = 0, то
З формули (1) видно, що для збільшення роздільної здатності ЕОПа слід збільшувати прискорює напруга і зменшувати відстань між катодом і екраном. Однак це положення виявляється справедливим тільки до певних меж. При напруженості поля у фотокатода близько 10 кВ / см починається автоелектронна емісія з катода, що викликає світіння екрана і різко знижує контрастність зображення. Збільшення прискорює напруги і зменшення відстані між фотокатодом і екраном може призвести до електронного пробою між ними і виходу ЕОПа з ладу; крім того зменшення lпріводіт до зворотного засветке фотокатода від випромінювання екрана і появі паразитного фону. Ці фактори обмежують роздільну здатність двоелектродної перетворювачів. Максимальна роздільна здатність, яку з ними вдавалося отримати, становила не більше 10 - 12 штр / мм. Для поліпшення роздільної здатності ЕОПов було запропоновано ввести електростатичну або магнітну фокусування електронів.
В електронно-оптичному перетворювачі з електростатичного фокусує системою електронні пучки фокусуються електричним полем, створюваним електронної лінзою. Електронна лінза складається з двох металевих електродів.
Так як напруженість електричного поля зростає від катода до екрану поступово, плавно, а екран віднесений на велику відстань від фотокатода, то стає можливим застосування великих прискорюють напруг без небезпеки виникнення автоелектронної емісії з катода або міжелектродних пробоїв. Змінюючи співвідношення розмірів між фокусирующими електродами, можна виготовляти ЕОПи зі збільшенням і зменшенням зображення. При зменшенні зображення зростає яскравість світіння екрана і посилюється яскравість зображення за рахунок збільшення потоку щільності струму.
Роздільна здатність ЕОПов такого типу 40-60 штр / мм в центрі поля зору. У ЕОПах з плоским фотокатодом роздільна сила сильно падає на краях катода внаслідок кривизни еквіпотенційних ліній поблизу поверхні катода. Для поліпшення роздільної сили по полю катод можна зробити не плоским, а опуклим. Однак опуклий катод потребує складної спеціальної оптики, що в ряді випадків може представляти незручності.
Для фокусування електронного зображення можуть застосовуватися також магнітні лінзи. Так як магнітне поле змінює тільки напрям руху електронів, а не їх енергію, то в ЕОПе з магнітною лінзою між фотокатодом і екраном розташовується прискорює електрод, що створює прискорює електричне поле. Додаткове поле магнітної лінзи фокусує електронний пучок і бере участь у формуванні зображення на екрані.
При магнітної фокусування збільшуються маса і габарити приладу з ЕОПом, а для лінзи потрібно додаткове джерело електричного живлення. І хоча ЕОПи з магнітною фокусуванням дають можливість отримувати зображення з досить високою роздільною здатністю по всьому полю зору, через зазначених недоліків ці ЕОПи використовуються значно рідше, ніж ЕОПи з електростатичним фокусуванням.
Фотокатоди ЕОПов виготовляють шляхом напилення в вакуумі декількох шарів різних металів на напівпрозору металеву (зазвичай срібну) підкладку. Шар срібла (підкладки) напилюється на внутрішню сторону вхідного вікна колби ЕОПа. На практиці частіше використовуються шари, утворені з'єднанням сурми з цезієм, окисленого срібла з цезієм і сурми з калієм, натрієм і цезієм.
Для виготовлення екранів перетворювачів застосовують люмінофори з сульфіду цинку, сульфід-селеніду цинку або силікату цинку (віллеміта). При попаданні на люмінофор електронів вони викликають в ньому вимушене випромінювання, і виникає світіння - так перетвориться енергія електронів в світлову енергію. Колір світіння залежить від типу люмінофора. У ЕОПах для візуального спостереження застосовують люмінофори з жовто-зеленим світлом. Для фотографування з екрану зручніше люмінофор з синім світінням, спектральна характеристика світіння якого краще узгоджується зі спектральною чутливістю фотоплівки. Для підвищення світлової віддачі екрану внутрішню поверхню його покривають тонким шаром алюмінію. Віддача екрану підвищується внаслідок відбиття світлового потоку екрану від внутрішньої поверхні алюмінієвого шару, як від дзеркала, в сторону спостерігача.
Якість електронно-оптичних перетворювачів можна оцінити за основними характеристиками.
Параметри і характеристики.
Інтегральна чутливість Sхарактерізуется ставленням фототока перетворювача до потоку випромінювання (чутливість фотокатодов визначають по випромінюванню лампи розжарювання з колірною температурою Тс = 2854 К), який потрапив на фотокатод:
де Sвиражается в мкА / лм.
Спектральна чутливість Sλ дорівнює відношенню величини фототокаiλ до величини потоку від джерела монохроматичноговипромінювання Фλ і визначає область спектра, в якій може працювати даний ЕОП.
Іноді чутливість ЕОПа характеризують в одиницях опромінення. Освітленість на фотокатоде
де Ек виражається в лк; ρ - коефіцієнт відображення об'єкта, що спостерігається; τ - коефіцієнт пропускання оптичної системи, що використовується з ЕОПом; Еоб - освітленість об'єкта; А - відносний отвір (відношення діаметра вхідної зіниці системи до фокусної відстані).
Наприклад, за допомогою ЕОПа з чутливістю 10 -3 лк можна спостерігати об'єкти на місцевості з освітленістю
якщо ρ = 0,1; τ = 0,5 і А = 1,1.
Коефіцієнт перетворення η - відношення потоку, випромінюваного екраном в зовнішнє півсферу, до потоку випромінювання, який потрапив на фотокатод:
,
де ξυ - світлова віддача екрана, що представляє собою відношення світлового потоку, випромінюваного екраном, до потужності облучающего екран електронного потоку (потужність електронного пучка, що потрапляє на екран дорівнює Рел = Uiф = USФк. Іноді світловіддачу висловлюють в кд / Вт, в цьому випадку ξυ ' = ξυ / π кд / Вт, так як світловий потік, що випромінюється екраном Фе = πIе. гдеIе - сила світла, що випромінюється екраном), лм / Вт, ξυ '= Фе / Рел; U- прискорює напруга, В.
Електронно-оптичне збільшення Ге характеризується збільшенням або стисненням лінійних розмірів зображення предмета на екрані в порівнянні з розмірами зображення предмета на фотокатоде.
Коефіцієнт яскравості ηL - відношення яскравості екрана до освітленості (опромінення) фотокатода:
.
Яскравість в чисельнику формули введена тому, що око при спостереженні протяжних об'єктів реагує на яскравість зображення на екрані.
Посилення яскравості зображення на ЕОПе можна домогтися зменшенням масштабу зображення, а також підвищенням коефіцієнта перетворення і збільшенням світлосили об'єктива, що використовується з ЕОПом.
Роздільна здатність Nопределяется по штрих-таблиць (світів) як мінімальна відстань між штрихами, яке ще можна розрізнити при спостереженні цієї світи на екрані ЕОПа. Виражається роздільна здатність числом штрихів, що розрізняються окремо на ділянці в 1 мм (штр / мм).
Роздільна здатність ЕОПов обмежується зернистістю люмінофора і фотокатода, а також абераціями зображення.
Яскравість темнового фону Lо характеризується яскравістю світіння екрана при відсутності опромінення фотокатода. Це свічення виникає внаслідок термоеміссіі електронів з фотокатода і призводить до зниження контрасту при спостереженні зображення.
Зниження контрастності зображення внаслідок темнового фону характеризується коефіцієнтом контрастності
Інерційність tи в основному визначається інерційністю екрану ЕОПа. Інерційність характеризується тривалістю порушення люмінофора після появи електронного променя і тривалістю післясвітіння екрану після припинення опромінення. Тривалість процесів збудження і післясвітіння залежить від типу люмінофора і може бути від декількох мікросекунд до декількох годин.
Для збільшення чутливості ЕОПов можна використовувати таке послідовне з'єднання двох або декількох ЕОПов, щоб потік, що випромінюється екраном першого потрапляв на фотокатод другого і т.д. в цьому випадку другий з наступні перетворювачі служать для посилення яскравості зображення. Коефіцієнт перетворення такої системи може досягати десятків і сотень тисяч, що дозволяє вести спостереження при дуже низьких рівнях освітленості. Електронно-оптичні прилади, що складаються з декількох послідовно з'єднаних ЕОПов, отримали назву каскадних або багатокамерних, електронно-оптичних перетворювачів.