一种小型化高增益低照度夜视成像器件制造技术

本发明专利技术公开了一种小型化高增益低照度夜视成像器件，主要用于军用头盔夜视仪和相关行业用的类似夜视产品。其主要技术方案：管壳输入端与输入窗密封焊接，管壳末端与CMOS图像传感器输出端密封焊接；光电阴极镀制在输入窗内表面有效区内；微通道板安装在管壳的第二金属环与第三金属环之间；CMOS图像传感器与陶瓷基板焊接，CMOS图像传感器输出端与读出电路板连接。本发明专利技术通过试用证明：从根本上克服了原器件增益低的现象，达到有效地提高器件增益，实现小型化，适应军用头盔夜视仪等单人用夜视产品的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化高增益低照度夜视成像器件
本专利技术涉及一种光电成像器件，具体是一种小型化高增益电子轰击CMOS图像传感器的低照度夜视成像器件，主要用于军用头盔夜视仪和相关行业用的类似夜视产品。
技术介绍
随着CMOS图像传感器技术的发展，电子轰击CMOS图像传感器（以下称电子轰击CMOS低照度夜视成像器件）作为一种新型低照度成像器件，在安监、医药、科学研究等领域发挥了重要的应用。在以头盔夜视产品为代表的军用夜视仪器中，为满足单兵夜间作战、行进及观察的需求，需要在低照度条件下具备较好的成像性能，还要体积小、重量轻、使用寿命长等特点的成像器件。现有的微光像增强器所装备的头盔夜视系统等军用单兵夜视仪，虽然已供给部队和有关单位使用多年，基本能够满足一般的使用要求，但它只能在照度为10-3lx以上工作，照度再低效果就较差了，如作用距离、分辨率等达不到要求，同时在体积和重量上也不理想，不便单兵等个人的夜间携带，不能满足实战和实际条件的需求。现有的电子轰击CMOS低照度夜视成像器件（见图1）成像原理：在管壳3内，入射光通过输入端1照射光电阴极2表面产生光电子，光电子在高压电场作用下加速，打到CMOS图像传感器4上，产生电子空穴对，并在内部偏置电场作用下产生更多的倍增电子，电子轰击半导体实现增益，这些电子被半导体内部的势阱收集，并由后端的读出电路5读出，得到所需的视频图像。该器件重57克，体积小，重量轻，但增益只有200～500倍左右，显然不能用于低照度10-3lx以下工作的军用头盔夜视系统中，只能用于一般的民用夜视仪器和生物荧光成像，这是CMOS图像传感器的性能所决定的。另一种电子轰击CMOS低照度夜视成像器件（见图2）由输入端1、光电阴极2、管壳3、CMOS图像传感器4、读出电路5、金属环（电极）6、磁场产生器7组成，采用静电及磁场复合聚集，利用多个电极加速光电子，且利用磁场产生器7将光电子聚焦到CMOS图像传感器4表面，可在光电子能量较低的情况下，获得高的图像分辨率，延长了成像器件的工作寿命。但增益只有200倍左右，由于多个电极及磁场产生器的使用，导致体积大、重量重，所配备的整机难以实现小型化，因此也不适用于军用头盔夜视系统，只能用于一般微弱光信号的检测。
技术实现思路
本专利技术的主要任务和目的是，针对目前电子轰击CMOS低照度夜视成像器件存在的缺陷，设计一种小型化高增益低照度夜视成像器件，从根本上克服原器件增益低的现象，达到有效地提高器件增益，实现小型化，延长使用寿命，适应军用头盔夜视仪等单人用夜视产品的需求。本专利技术的主要技术方案：包含输入窗、光电阴极、管壳、CMOS图像传感器、读出电路、微通道板、消气剂、法兰盘、Ni、Cr金属膜层、陶瓷基板，具体结构为，A、管壳输入端的第一金属环与输入窗通过低温铟锡合金焊料密封焊接，管壳末端的第五金属环与CMOS图像传感器信号输出端组件的法兰盘激光密封焊接，从而输入窗、管壳、信号输出端三者构成一个封闭的管状体；B、其中光电阴极镀制在输入窗内表面中心有效区内，光电阴极与输入窗边缘的Ni、Cr金属膜层相连；C、微通道板通过弹簧压圈安装在管壳的第二金属环与第三金属环之间；D、第四金属环内壁焊接消气剂；E、微通道板到光电阴极的距离为0.08mm～0.2mm，微通道板到CMOS图像传感器的距离为0.3mm～0.8mm；F、CMOS图像传感器与陶瓷基板焊接连接，陶瓷基板与法兰盘通过玻璃粉焊接连接；G、CMOS图像传感器输出端与读出电路连接。本专利技术通过试用证明：完全达到研制目的，本专利技术获得较高亮度增益，增益可达105倍，是原器件增益的103倍；所装备的军用头盔夜视仪可在照度为10-4lx以下的条件下工作，比原照度要低一个数量级以下；使用寿命超过5000小时；在体积和重量方面，比微光像增强器更小更轻，使军用头盔夜视仪及类似夜视产品更易实现小型化。附图说明下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细地描述。图1，是现有的一种电子轰击CMOS低照度夜视成像器件的示意图。图2，是现有的另一种电子轰击CMOS低照度夜视成像器件的示意图。图3，是本专利技术的结构示意图。图4，是本专利技术的管壳3结构剖视图。图5，是本专利技术的工作原理图。图6，是本专利技术用于军用头盔夜视仪的工作原理示意图。具体实施方式参照图3，对本专利技术的主要技术方案进行说明：本专利技术包含输入窗1、光电阴极2、管壳3、CMOS图像传感器4、读出电路5、微通道板8、消气剂9、法兰盘10、Ni、Cr金属膜层11、陶瓷基板12，具体结构为，A、管壳3输入端的第一金属环3a与输入窗1通过低温铟锡合金焊料密封焊接，管壳3末端的第五金属环3i与CMOS图像传感器4信号输出端组件的法兰盘10激光密封焊接，从而输入窗1、管壳3、信号输出端三者构成一个封闭的管状体；B、其中光电阴极2镀制在输入窗内表面中心有效区内，光电阴极2与输入窗边缘的Ni、Cr金属膜层11相连；C、微通道板8通过弹簧压圈安装在管壳3的第二金属环（3c）与第三金属环（3e）之间；D、第四金属环3g内壁焊接消气剂9；E、微通道板8到光电阴极2的距离为0.08mm～0.2mm，微通道板8到CMOS图像传感器4的距离为0.3mm～0.8mm；F、CMOS图像传感器4与陶瓷基板12焊接连接，陶瓷基板与法兰盘10通过玻璃粉焊接连接；G、CMOS图像传感器4输出端与读出电路5连接。参照图3，所述的输入窗1为带有消光层的K9玻璃，输入窗1内表面边缘镀有厚为2000埃的Ni、Cr金属膜层11；所述的管壳3是由第一陶瓷环3b、第二陶瓷环3d、第三陶瓷环3f、第四陶瓷环3h与第一金属环3a、第二金属环3c、第三金属环3e、第四金属环3g、第五金属环3i钎焊而成的筒状外壳（见图4），其中五个金属环为器件的电极，所用金属材料为可阀合金；所述的光电阴极2镀制在输入窗内表面中心有效区（输入窗直径的85%区域内）；所述的光电阴极2为钾、钠、铯、锑的多碱光电阴极或者更高量子效率的负电子亲和势光电阴极；所述的CMOS图像传感器4，是购置的标准件，为被减薄的背照CMOS图像传感器，如牌号为SONYIMX178LQJ；所述的微通道板8，输入端镀制有Al2O3或SiO2等降低微通道板噪声的薄膜材料，微通道板是标准件，规格为6µ0.33，如BB板等；所述的消气剂材料9为铌或钛等带状材料；所述的陶瓷基板12，为购置的标准件；所述的读出电路5，为购置的标准件；所述CMOS图像传感器4信号输出端组件，包括CMOS图像传感器、陶瓷基板、法兰盘。参照图3，工作时，光电阴极2对微通道板8输入端所加电压不高于-200V，微通道板输出端对微通道板输入端的电压为800V，CMOS图像传感器4对微通道板输出端之间施加电压为+2kV～3kV。以上输入窗、管壳、信号输出端三者构成的封闭管状体的外形，根据需要可以是方形。参照图5，本专利技术的工作原理：入射光子照射在光电阴2表面产生光电子，光电子在电压加速作用下进入微通道板8，进行电子第一次倍增，倍增后的电子在微通道板8与CMOS图像传感器4之间的高压电场作用下，加速进入CMOS图像传感器内部，轰击产生电子空穴对，高能量电子空穴对在电场作用下碰撞产生更多的二次电子后，被势阱收集，通过读出电路5为CMOS图像传感器提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化高增益低照度夜视成像器件，其特征在于：包含输入窗（1）、光电阴极（2）、管壳（3）、CMOS图像传感器（4）、读出电路（5）、微通道板（8）、消气剂（9）、法兰盘（10）、Ni、Cr金属膜层（11）、陶瓷基板（12），具体结构为，A、管壳（3）输入端的第一金属环（3a）与输入窗（1）通过低温铟锡合金焊料密封焊接，管壳（3）末端的第五金属环（3i）与CMOS图像传感器（4）信号输出端组件的法兰盘（10）激光密封焊接，从而输入窗（1）、管壳（3）、信号输出端三者构成一个封闭的管状体；B、其中光电阴极（2）镀制在输入窗（1）内表面中心有效区内，光电阴极（2）与输入窗边缘的Ni、Cr金属膜层（11）相连；C、微通道板（8）通过弹簧压圈安装在管壳（3）的第二金属环（3c）与第三金属环（3e）之间；D、第四金属环（3g）内壁焊接消气剂（9）；E、微通道板（8）到光电阴极（2）的距离为0.08 mm～0.2 mm，微通道板（8）到CMOS图像传感器（4）的距离为0.3 mm～0.8 mm；F、CMOS图像传感器（4）与陶瓷基板（12）焊接连接，陶瓷基板与法兰盘（10）通过玻璃粉焊接连接；G、CMOS图像传感器（4）输出端与读出电路（5）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种小型化高增益低照度夜视成像器件，其特征在于：包含输入窗（1）、光电阴极（2）、管壳（3）、CMOS图像传感器（4）、读出电路（5）、微通道板（8）、消气剂（9）、法兰盘（10）、Ni、Cr金属膜层（11）、陶瓷基板（12），具体结构为，A、管壳（3）输入端的第一金属环（3a）与输入窗（1）通过低温铟锡合金焊料密封焊接，管壳（3）末端的第五金属环（3i）与CMOS图像传感器（4）信号输出端组件的法兰盘（10）激光密封焊接，从而输入窗（1）、管壳（3）、信号输出端三者构成一个封闭的管状体；B、其中光电阴极（2）镀制在输入窗（1）内表面中心有效区内，光电阴极（2）与输入窗边缘的Ni、Cr金属膜层（11）相连；C、微通道板（8）通过弹簧压圈安装在管壳（3）的第二金属环（3c）与第三金属环（3e）之间；D、第四金属环（3g）内壁焊接消气剂（9）；E、微通道板（8）到光电阴极（2）的距离为0.08mm～0.2mm，微通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昆林，靳英坤，谭何盛，杨文波，苏德坦，朱锦文，李晓露，
申请(专利权)人：北方夜视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53