Введение к работе
Актуальность. Уоцгаді инструментом получения информации об скруг.ающем мире являются системы технического зрения, завоевывающие белее значимое место в современных технологических процессах. Настоящая работа посвящена одной из сложнейших проблем технического прения - регистрация сверхслабых световых потоков, характерних для пирокого круга фундаментальных и прикладных исследований, использующих методы классической и лазерной спектроскопии. В работе формулировка основных требований к фотопркекннм устройствам основана на типовых применениях лазерного флуоресцентного анализа, которые распространяются на некоторые области медицины, контроля окрукающей среды и т.д. Применяемые в настоящее время одноканальные фотоприемники (со счетом фотонов на ФЭУ) позволяют исследовать только "стабильные" среды я воспроизводимые процессы. 3 ходе измерения с их помощью возникав? погрешности, связанные с изменением окружающей среды, нестабильность» энергии лазерного излучения, дрейфом измерительной аппаратуры, г.к. при последовательном сканировании по точкам исследуемого спектра затрачивается много времени. Поэтому з данной работе рассматривается метод многоканальной регистрации спектра в рег.име счета фотонов, достоинством которого является везмс/шость одновременной регистрации протяженного участка спектра.
Часто многоканальные фотслриемникн строят на основе выпускаемых промышленностью электронно-оптических преобразователей (2СП), в том числе мккроканаяькых, называемых м.икреканалыпми усилителями яркости (УЯ), "согласующей" оптики и телевизионных передавших трубок (ТЯГ) или линейных фотоприемных приборов с зарядовой связью (JIKGG). Подобные фотоприемники, называемые составными (05), оснащенные микропроцессорами, получили название телевизионных счетчиков фотонов (Т(Й). Несмотря на кмеющи-еся разработки Т02, они изучены недостаточно,не развиты методы кх расчета, позволяющие создавать ТСФ с требуемыми значениями осноеішх характеристик - квантовой эффективности и ширша функции рассеяния (ФР).
Работы по созданию высокочувствительных ЇС5 проводились в соответствии с программами, утвержденными постановлением ГКНТ и Ш СССР от Ю. II.85 г. J5573/I37. "Разработка научных основ и создание систем дистанционного определения параметров агмос-
фори и подстилагщсй поверхности с космических аппаратов", код I.4.2.II.I. "исследование влияния процессов рассеяния н поглощения m перенос изобракешя через ыуткие среды", код 1.5.6.8.
Цель работы. Создание высокочувствительных телевизионных счетчиков фотонов, позволяющих регистрировать слабые спектры флуоресценции веществ, возбуздаеыых импульсным лазерним излучением.
Научная новизна.
-
Установлена перспективность построения высокочувствительных ТОЬ на основе составных фотоприемников, дажщнх возможность регистрировать предельно слабые спектра флуоресценции веществ, возбуждаемых импульсным лазерным излучением.
-
Разработаны и исследованы математические выражения для квантовой эфйектаэнооти и ширины Функции рассеяния телевизионных счетчиков фотонов. Дака оценка предельно-достижимого значения ширины ЗР.
-
Предложены установки для исследования квантовой эффективности и SP, методики их измерения.
-
На основе исследований математичегчик выражений разработаны ТСФ для лазерных дистанционных спемрофвуориметров, отличающиеся более высокой, по сравнена» с известными, чувствительностью.
Практическая ценность работы.
-
Развиваемые в диссертации принципы построения ТСЭ являются- унифицированным средством позыпежя чувствительности ТС5 для лазерных дистанционных спектрофлуоркиатроз.
-
Предложенные методы построения ТСЗ могу быть использованы для решения широкого круга- задач, связанных с медициной, газоанализом, телевидением, техническим зренлєм к т.п.
-
Предложены рекомендации по рацнокагьнсыу выбору как всего ТСФ , так и отдельных его узлов, на этапах проектирования и практической реализации,
-
Созданы телевизионные счаэтики фоі-онов для судсзоД спек-трофлуороматрической установки» лабораторного лазерного спектрометра КР, медицинской лазерной спзхтрсфдуорам8їркчєской установки.
Рсзлкзация и внедрение результатов исследований.
Методики выбора и обоснования параметров ТСФ, а также раз-работанше ТСО использовались в НИИ онкологии Томского научного центра АМН СССР, Институте экологии и водных проблем СО РАН г.Барнаул, Институте термоэлектрофизики АН Эстонии, г. Таллинн. Практическая реализация подтверждена соответствующими актами о внедрении.
Апробация работы. Осковше положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на IX и ХИ1 Всесовзншс симпозиумах по лазерное и акустическое зондирования) атмосферы (їомск-KSo, 1992), ХП Всесоюзной научно-тех- ;' нической конференции "Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология бкстропрогекащях процессов" (Мссква-1967 г.), Всесоюзной конференции "Оптико-электрошгыо измерительные устройства и системі" (Томгк-1989г.); Ш Всесоюзном научно-технического семинаре "Применение лазеров з науїсе и технике" (Иркутск-1990 г.), Научно-тєхніг-іеских семинарах кафедры КИТ ТИАСУР (1957-1992 г.г.).
Публикании. По результатам диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, получено авторское свидетельство на изобретение и полоютгельнсе реиение. Опубликованы 6 тезисов докладов. .
Объем диссертации. Диссертация состоит из взедения, четырех глав, заключения к прилокения. Основной материал изложен на НО страницах машинописного текста, содержит 31 лист с рисунками, список литературы из 108 наименований. В приложении приведены документы, свидетельствующие, о практической реализации и целесообразности использования результатов исследования и разработок автора.
Основные положения, выносимые на защиту.
I. Математическое выражение для квантозой эффективности составного фотсприо.!ника, построенное на основе-анализа одноэлект-рсншх характеристик УЯ, характєристіїї: "согласующей оптики" и пороговой чувствительности ТПГ (Я$ЛЗС).
Z. Штенатнческое выражение для ширины функции рассеяния ТСФ, построенное на основе анализа ошибок определения координаты од-ноэлектронного события, вносимых УЯ и ТПГ (ІФГОС). "" 3. Структур2*5 схемі: сгггернментгалькых установок и методики для исследования квантовой эффективности к ширины функции рас-
- б -
сеяния ТСФ.
4. Зависимость проотранотяеияой разрешающей способности ТСФ с аналоговым накоплением видеосигнала от интенсивности регистрируемого светового потока й чиста накапливаемых ТВ-кадров.