[发明专利]光学装置的防杂光输入窗及制造该窗的方法

说明书

本发明涉及光学装置的防杂光输入窗，尤其是适于用作图象倍增器的输入窗，并涉及制造该窗的方法。

在有关的技术领域中，“图象倍增器”这一术语通常用来描述一种为微光场景提供明亮图象的装置。该装置收集从微光场景发出的光，可见光或红外（IR）光，然后，通过常常是把形成的辐射象转换成等效的电子图象这种过程，对其进行电放大，再将放大的电子图象转换成可见光图象，就可产生远比用肉眼所能观察到的明亮得多的景色。

在过去二十年左右的时间里，图象倍增器的结构和工作方式已经发生了变化，发展了一些更小、更有效的装置。在最早期的图象倍增器中（现在称之为第一代装置），输入的光辐射通过纤维光学面板在光电阴极层（装在面板另一侧）上成象，产生的电子流被加速（经增强器部分）通过电子聚焦场到达光电阳极，即一荧光或发光屏上，这样，就把入射的电子流又转换成了可见光。稍后，发展了所谓第二代的图象倍增器，这种倍增器中不再采用极其复杂和笨重的纤维光学面板和电一光增强器，而是采用玻璃输入窗（仍带有光电阴极层）以及今日称做“微通道板”的部件，在该板中，所产生的电子几乎都沿着管束中的每一管道（微型通道）跳弹，电子每接触管壁一次都要产生一种电子级联效应，使得在管道输入端的一单个电子能在管道输出端产生出许多电子，输出的电子则被导引到光电阳极或发光屏上，产生出所需亮度的可见光图象。当前，为发展第三代装置正在进行大量地研究工作，第三代装置除了在玻璃阴极窗上装有半导体薄膜外，非常类似于第二代微型通道板装置;常用的第三代装置之阴极材料有砷化镓、砷化镓钴和砷化铟镓。

第二代和第三代图象倍增器都采用了与某一电子生成部件（阴极）相邻的微通道板，在电子发生部件的另一侧即输入侧，都有一清晰的玻璃输入窗，视场景象发生的光即通过此输入窗进入倍增器。通常，该窗将倍增器的内部零件与周围环境隔开，而它的与电子发生部件相邻的内表面则一般用来支承一导电层结构，构成了与电子发生部的电连接。不幸地是，最常用的那种输入窗其结构形状会使导电层由于窗和导电层界面的轴外光线射入倍增器本身时，产生内反射而带来严重问题，结果将形成虚象。

倍增器输入窗一般加工成使其横截面得以用很粗很短的T字来最恰当描述的形状，窗的主体是T字的直立部分，在它的一面（输入侧的外面）有一径向圆周凸台，构成T字的横道，最后，内面边缘（由T字竖道上的底角所规定）则构成斜面（约45°），此斜面一直延伸到凸台。

如上所述，输入窗是用来支承一相连接的导电层的，此导电层通常取蒸涂金属膜的形式，导电层一般设置在前述倾斜表面上并且是处于同凸台相邻的下表面上。显然，按照与法线相交成某个角入射到此窗口的光线，即从倍增器轴外光源入射的光线是可以根据其精确的入射角度，而在窗片或导电层的界面被很好地反射，然后，继续进入增强器内而形成一虚象或重形。

轴外光源产生的重影给倍增器的使用者带来很大困难。曾经试验过多种方法来消除重影或至少减小到可接受的程度。其中之一是采用所谓“牛眼”或“土星”窗作为输入窗的，这类窗的中心部分（即T字竖直部分的中心段）由透明玻璃制成，而其余部分即凸台（T字的横道）和与倾斜表面（T字竖直段的外部）相邻的部分则由深色的（通常为黑色的）光吸收玻璃制造。此种阴极窗已公开在美国专利4406973号中。

已知的上述这种输入窗其缺点是，在深色玻璃和透明玻璃界面上仍会产生有害的反射而形成虚象。另外，这种窗片也难于制造因而价格昂贵。根据美国专利4406973号，该输入窗的制造方法如下，首先，取一大块透明玻璃并在这块玻璃上加工出一环形通道。往此环形通道内注入液态的黑色玻璃，再把所得到的由透明玻璃和黑色玻璃构成的圆盘机加工成由黑色玻璃的周边部分包围住一圆柱形透明玻璃芯之T形输入窗。

另一种制造这类输入窗的方法是，将一直径适当的深色玻璃管热套装到一具有适当直径的透明玻璃棒上，将做好的棒锯成许多块圆盘件，每一圆盘件都具有所需输入窗的总尺寸，然后，通过机加工去掉多余的深色玻璃，再将每块圆盘外表面制做成标准形状。

在上述两种方法中，准确地给圆盘定心以进行机械加工非常困难，而且玻璃又经常是偏心切削，这样，就会在倒斜部分的最小直径段附近将透明玻璃暴露出来。在继后的加工阶段，输入窗的倾斜表面将被一金属导电层盖住，这将会产生有害的反射。

还有，上述两种方法都易在深色玻璃和透明玻璃界面处产生机械性的破裂和生成气泡。