與金屬盤7的外環(huán)壁密封連接，從而輸入端I與管殼2構成一個封閉的管狀體;光電陰極3、固態(tài)光電倍增管4以及讀出電路板5位于管狀體的內部；
[0037]入射窗6與讀出電路板5之間設置有固態(tài)光電倍增管4，固態(tài)光電倍增管4背部朝上，固態(tài)光電倍增管4中每個雪崩光電二極管微元與讀出電路板5通過倒裝壓焊的方式連接；固態(tài)光電倍增管4為背部減薄的結構，入射光或入射電子從固態(tài)光電倍增管4的背部入射至固態(tài)光電倍增管4;
[0038]入射窗6正對固態(tài)光電倍增管4背部的表面上沉積有光電陰極3。
[0039]由此可以看出，本實用新型的傳感器實際為一個管狀結構，該管狀結構體積小于80mm(長)X80mm(寬)X20mm(高)，重量小于100克，功耗小于I瓦，可使用在一些特殊的場合，比如夜視頭盔等。
[0040]如圖3所示，讀出電路板5的作用是對固態(tài)光電倍增管4提供偏置電壓，將固態(tài)光電倍增管4輸出的電流信號通過一定的邏輯控制以及模/數(shù)和時/數(shù)轉換，實現(xiàn)對探測目標的圖像信息和時間信息的采集與存儲。具體地講，上述讀出電路板主要包括快速觸發(fā)單元、時序控制單元、慢控制單元、電壓轉換單元、模數(shù)轉換器、數(shù)據(jù)寄存單元、甄別器、時數(shù)轉換單元等組成。具體功能描述為快速觸發(fā)單元提供觸發(fā)信號，為輸入信號、信號控制及存儲數(shù)據(jù)做準備；時序控制單元提供時鐘信號，按預定的時間順序完成信號的讀取、運算和存儲;慢控制單元實現(xiàn)對電路的復位以及溫度、電壓的監(jiān)測；電壓轉換單元為固態(tài)光電倍增管提供偏置電壓，并為電路中的各元器件提供輸入電壓;模數(shù)轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)寄存單元實現(xiàn)對電荷信號的讀出；甄別器用來實現(xiàn)對信號幅度的選擇和;時數(shù)轉換單元將被測量的時間信號轉換為數(shù)字信號并讀出。
[0041]固態(tài)光電倍增管中每個雪崩光電二極管微元之間都設置有溝槽，可有效避免兩個微元結構之間的信號串擾。
[0042]為了保證良好的密封效果，銦封結構5包括上銦封結構9、下銦封結構10以及填充在上銦封結構9和下銦封結構10之間的銦封材料11;本實用新型的上銦封結構9呈倒錐形，下銦封結構10呈倒梯形，上銦封結構9設置為錐形，可以使輸入端更好地浸入下銦封結構10內的銦封材料11中，實現(xiàn)可靠密封。也可以是其他形式，比如上銦封結構9為倒梯形、矩形或橢圓形等，下銦封結構10為矩形或者圓形等。
[0043]進一步的說，該裝置中，入射窗6的材料為硼硅玻璃或紫外玻璃或石英玻璃或氟化鎂;金屬盤的材料為可伐合金。
[0044]進一步的說，該裝置中，光電陰極為對紫外光敏感的日盲型光電陰極(如銫-碲光電陰極)或者是對可見光敏感的堿金屬光電陰極(如金屬銻與堿金屬鋰、鈉、鉀、銫、銣中一種或幾種組成的混合物)或者是可對近紅外光敏感的負電子親和勢光電陰極(如銦鎵砷光電陰極)。上面這幾種材料是目前常用的幾種光電陰極材料。他們對光波長的響應不同，如文中所述，銫-碲光電陰極對紫外光較敏感，堿金屬光電陰極對可見光敏感，負電子親和勢光電陰極對近紅外光敏感。
[0045]進一步的說，該裝置中，銦封材料為銦錫合金，也可以是其他材料，比如純的銦，銦鉍合金等。但是銦錫合金熔點低，延展性好，流散性好，銦封過程對光電陰極性能的影響較小，銦封成功的幾率大。
[0046]為了保證有足夠高的能量轟擊固態(tài)光電倍增管，產(chǎn)生大的增益，光電陰極與固態(tài)光電倍增管背部之間的距離小于2mm，在光電陰極上施加大于-2kV的高壓，
[0047]另外，為保證該電子轟擊固態(tài)光電倍增管式的微光圖像傳感器能夠安全可靠地工作，輸入端與管殼構成的管狀件真空漏率小于10—1()Pa/L.S。
[0048]電子轟擊固態(tài)光電倍增管式的微光圖像傳感器的原理如圖2所示，入射光子轟擊光電陰極表面產(chǎn)生光電子，光電子在高壓加速下由固態(tài)光電倍增管背部進入半導體內部產(chǎn)生電子空穴對并在電場作用下產(chǎn)生更多的二次電子，實現(xiàn)電子倍增。同時，通過讀出電路板為固態(tài)光電倍增管提供偏置電壓，這些電子在電場的作用下會進一步倍增，最終每個微元產(chǎn)生的倍增電子將產(chǎn)生一個很大的電流信號，這個電流信號通過模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號。每個微元產(chǎn)生的模擬信號都經(jīng)過模數(shù)轉換器下轉換為數(shù)字信號，在一定的邏輯控制程序下，最終可通過采集所有微元的圖像信號得到極微弱目標的圖像。同時，利用甄別器去除幅度低于設定電平以下的信號，并通過時數(shù)轉換器得到目標的時間信息，結合一定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實現(xiàn)目標的實時成像。固態(tài)光電倍增管的高增益和高時間分辨特性以及可分辨每個微元的高空間分辨特性，可實現(xiàn)對極弱目標的實時成像。
【主權項】
1.一種電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于:包括輸入端、管殼，光電陰極、固態(tài)光電倍增管以及讀出電路板； 所述輸入端包括入射窗與金屬盤;所述金屬盤為環(huán)形薄片結構，所述入射窗與金屬盤的內環(huán)壁高頻封接； 所述管殼為一端開放，一端封閉的管狀結構;管殼封閉端固定讀出電路板;管殼開放端通過銦封結構與金屬盤的外環(huán)壁密封連接，從而輸入端與管殼構成一個封閉的管狀體;所述光電陰極、固態(tài)光電倍增管以及讀出電路板位于管狀體的內部； 所述入射窗與讀出電路板之間設置有固態(tài)光電倍增管，固態(tài)光電倍增管背部朝上，固態(tài)光電倍增管中每個雪崩光電二極管微元與讀出電路板通過倒裝壓焊的方式連接;固態(tài)光電倍增管為背部減薄的結構，入射光或入射電子從固態(tài)光電倍增管的背部入射至固態(tài)光電倍增管； 所述入射窗正對固態(tài)光電倍增管背部的表面上沉積有光電陰極。2.根據(jù)權利要求1所述的電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于: 所述讀出電路板主要包括快速觸發(fā)單元、時序控制單元、慢控制單元、電壓轉換單元、模數(shù)轉換器、數(shù)據(jù)寄存單元、甄別器、時數(shù)轉換單元組成； 所述快速觸發(fā)單元提供觸發(fā)信號，為輸入信號、信號控制及存儲數(shù)據(jù)做準備； 時序控制單元提供時鐘信號，按預定的時間順序完成信號的讀取、運算和存儲； 慢控制單元實現(xiàn)對電路的復位以及溫度、電壓的監(jiān)測； 電壓轉換單元為固態(tài)光電倍增管提供偏置電壓，并為電路中的各元器件提供輸入電壓； 模數(shù)轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)寄存單元實現(xiàn)對電荷信號的讀出；甄別器用來實現(xiàn)對信號幅度的選擇;時數(shù)轉換單元將被測量的時間信號轉換為數(shù)字信號并讀出。3.根據(jù)權利要求1或2所述的電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于:所述銦封結構包括上銦封結構、下銦封結構以及填充在上銦封結構和下銦封結構之間的銦封材料;所述上銦封結構設置在管殼的開放端，所述下銦封結構設置在金屬盤的外環(huán)壁上，所述上銦封結構與下銦封結構的形狀、尺寸相適配;所述銦封材料為銦錫合金。4.根據(jù)權利要求3所述的電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于:所述固態(tài)光電倍增管中每個雪崩光電二極管微元之間都設置有溝槽。5.根據(jù)權利要求4所述的電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于:所述上銦封結構呈倒錐形，所述下銦封結構呈倒梯形。6.根據(jù)權利要求5所述的電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于:所述入射窗的材料為硼硅玻璃或紫外玻璃或石英玻璃或氟化鎂;所述金屬盤的材料為可伐合金。7.根據(jù)權利要求6所述的電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于:所述光電陰極為對紫外光敏感的日盲型光電陰極或者是對可見光敏感的堿金屬光電陰極或者是可對紅外光敏感的負電子親和勢光電陰極。8.根據(jù)權利要求7所述的電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于:管殼的封閉端底面為平板玻璃，側面為玻璃或陶瓷。9.根據(jù)權利要求8所述的電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于:所述光電陰極與固態(tài)光電倍增管背部之間的距離小于2mm，在光電陰極上施加大于-2kV的尚壓。10.根據(jù)權利要求9所述的電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器，其特征在于:所述輸入端與管殼構成一個封閉的管狀體的真空漏率小于10—1()Pa/L.S。
【專利摘要】本實用新型公開一種電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器。該傳感器包括輸入端、管殼，光電陰極、固態(tài)光電倍增管以及讀出電路板；所述輸入端上設置有入射窗，入射窗上設置有光電陰極，所述光電陰極將入射的光子轉換為光電子，光電子在高壓加速作用下直接轟擊所述固態(tài)光電倍增管將光信號轉化為電信號并放大，輸出信號數(shù)字化后形成圖像。該電子轟擊固態(tài)光電倍增管式微光數(shù)字圖像傳感器具有高增益，高靈敏度，高時空分辨率，大動態(tài)范圍，低噪聲，體積小，重量輕，壽命長，可靠性高等一系列優(yōu)點，可進行單光子成像和極弱目標跟蹤與探測，在活體生物熒光成像、激光雷達技術、頭盔夜視系統(tǒng)等領域有重要的應用價值。
【IPC分類】H04N5/335, H04N5/378
【公開號】CN205304964
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王興, 田進壽, 白永林
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月15日