增强型混合固态传感器制造技术

增强型固态成像传感器（４１）包括用于将来自图像的光转化成电子的光阴极（５４）、用于接收来自光阴极的电子的电子增倍器（５３），以及包括通过电子增倍器的多个通道接收来自电子增倍器的电子的多个像素的固态图像传感器（５６）。固态图像传感器自从电子增倍器接收的电子产生增强图像信号。多个通道布置在多个通道图案中，以及多个像素布置在多个像素图案中。将多个通道图案的每一个映射到多个像素图案的相应一个，使得基本上通过多个像素图案的相应一个接收来自多个通道图案的每一个的电子信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种增强型混合固态传感器。更尤其是，本专利技术涉及一种图像增强器，其使用以密切地物理接近微通道板(MCP)和光阴极连接的CMOS或者CCD感知器件。
技术介绍
本专利技术涉及使用固态传感器的图像增强器件领域，例如CMOS或者CCD器件。使用图像增强器件增强低强度的光或者将非可见光转化成容易看见的图像。图像增强器件对于从红外光提供图像尤其有用，并具有很多工业和军事上的用途。例如，图像增强管可用于增强飞行员的夜间视力，用于拍摄天体和用于提供视网膜色素变性患者(夜盲症)的夜间视觉。在现有技术中有三种类型的已知图像增强器件用于照相机的图像增强管、所有固态CMOS和CCD传感器以及混合EBCCD/CMOS(电子轰击的CCD或者CMOS传感器)。图像增强管是公知的并在很多工业中广泛使用。参考图1，示出了现有技术中第III代(GEN III)图像增强管10的电流状态。在Naselli等人的标题为“REPLACEMENT DEVICE FOR A DRIVER′S VIEWER”的美国专利号5029963和Phillips的标题为“TELESCOPIC SIGHT FORDAYLIGHT VIEWING”的美国专利508,4780中例举了现有技术的这种GEN III图像增强管的例子。所示出的并在两个引证参考文献中的GENIII图像增强管10现在是由ITT公司(这里为受让人)制造的类型。在图1所示的增强管10中，红外能量撞击光阴极12。光阴极12是由其一侧涂敷有抗反射层16的玻璃面板14、镓铝砷(GaAlAs)窗口层17和砷化镓(GaAs)活性层18构成的。GaAs活性层18吸收红外能量，由此导致产生电子/空穴对。然后将产生的电子通过存在于GaAs活性层18上的负电子亲合力(NEA)层20发射到真空壳体20中。微通道板(MCP)24设置在真空壳体22内，和光阴极12的NEA涂层20相邻。通常，MCP 24是由具有导电输入表面26和导电输出表面28的玻璃构成的。一旦电子离开光阴极12，由于输入表面26和光阴极12之间的大约300到900伏特的电势差，所以电子朝着MCP 24的输入表面26加速。当电子轰击MCP 24的输入表面26时，在MCP 24内产生二次电子。MCP 24可以产生几百个电子，每个电子进入输入表面26。MCP 24经受输入表面26和输出表面28之间的电势差，该电势差通常为1100伏特，因而电势差能够使电子倍增。当倍增的电子离开MCP 24时，由于荧光屏30和输出表面28之间的大约4200伏特的电势差，所以电子通过真空壳体22加速朝向荧光屏30。当电子撞击荧光屏30时，每个电子产生很多光子。对于光转换器元件31的输出表面28上的图像增强管10，光子产生输出图像。例如图1中所示的那些图像增强器对于其它形式的图像增强器具有优点。首先，增强器具有对数增益曲线。也就是，当输入光等级增加时，增益减小。尤其当强光处于和弱光相同的景象时，这和人眼响应相匹配。大部分固态器件具有线性响应，也就是，光线越亮输出信号越强。结果是，亮光对于固态系统的观察者显示得更亮，并倾向于冲洗景象。可以改变固态传感器，以随着输入光的增强产生增益减少，然而，这需要使用模板或者使用消除模糊控制改变放大器增益。图像增强器的另一优点是在输入光等级的很大范围上起作用的能力。电源可以控制阴极电压并由此改变增强管的增益以符合景象。因此，增强管可以从阴天的星光到白天的条件运行。然而，图像增强器/I2照相机遭受很多不利条件。荧光屏的电子光产生低对比度的图像。这导致了当通过图像增强器观看时，人观察者或者固态传感器对物体的观察模糊。尽管对于图像增强器的进一步发展已经在某种程度上减少了这种不足，但是固态传成像器通常具有更好的性能。图像增强器/I2照相机的另一缺点是“晕圈”。晕圈源自于从MCP或者显示屏反射的电子。然后放大反射的电子，并转化成围绕原始图像的圆环形的光。在显象管中，对于最近制造的显象管已经将来自从MCP反射的电子的晕圈降低到可以忽略的效果。然而，来自显示屏部分的晕圈仍然存在，尽管没有到阴极晕圈的程度。尽管如此，当CCD或者CMOS阵列耦合到图像增强器时，在成像系统中显示屏晕圈仍然是严重的缺陷。这是因为这些阵列对于显示屏晕圈中的低亮度级比人眼更敏感。另一缺点是图像增强器不具有提供电子读出的方法。电子读出是所期望的，这可以使得来自热传感器的影像可以和增强影像组合在一起，从而可以同时观看到来自两个光谱的信息。一种方案是通过将CCD或者CMOS阵列耦合到图像增强管产生I2照相机。当固态器件耦合到显象管时，构成的照相机已经具有显象管的所有性能缺点由于耦合的低效率和对于照相机的显象管增加的成本导致了低对比度、通常不良的有限分辨率。固态器件通常包括CCD或者CMOS。它们起到直接检测光、将信号电传送给固态放大器，然后在电视机类型的显象管或者显示器例如液晶显示器上显示图像的作用。图2a和2b示出了典型CCD传感器的流程图和示意图。CCD和CMOS传感器是固态器件；也就是没有真空壳体，并且输出的是必须在其它地方而不是在传感器内显示的电信号。固态器件以5-15伏特的电源运行。光在标记为“s”的各个像素中被检测，并转换成存储在像素中的电子，直到将像素读到存储寄存器上。然后从存储寄存器传送包含在多个像素中的电子信息到一读出寄存器，然后到输出放大器，以及然后到视频显示器，例如阴极射线管。所有固态器件的缺点是不良的低亮度级性能、来自亮光源的可能模糊现象、不良的有限分辨率和高功耗。不良的低亮度性能是由于暗电流和由于低信噪比导致的读出噪声。如果在读出之前提供信号增益机构，应该能避免这种问题，因为将存在足够的信号来克服噪声源。在读出之前，固态器件结构通常不允许放大器部分。不良的有限分辨率是由于在试图收集大信号并由此增加信噪比中通常选择的大像素尺寸导致的。这些不足明显地阻止了在夜间视觉应用中固态传感器的使用。和图像增强器/I2照相机相比，固态器件的优点是更好的图像对比度，电子读出的有效性、低成本，尤其是当固态传感器是CMOS阵列时。可以看出的是，图像增强器和固态传感器的强度和弱点彼此接受，并且理论上两个器件的组合将给出更好的性能。作为图像增强器/I2照相机和固态传感器的替换提出的一种这样的组合是电子轰击的CCD/CMOS传感器(EBCCD/CMOS)。该器件是由光阴极和显象管的主壳体构成的，以及或者是集成到该壳体中的CCD或者CMOS传感器。在图3中示出了EBCCD/CMOS传感器的示意性例子。在阴极和固态传感器之间施加高电压，使得通过电子轰击，得到的电子在固态传感器中的硅中被放大。EBCCD/CMOS的优点是它提供了电子读出。但是缺点是很多的。首先，景象内动态范围受到压缩。这意味着，和图像增强器/I2照相机以及所有固态器件相比，当亮物体紧挨着暗物体时，降低了景象内的总对比度。第二，传感器遭受由于从固态传感器反射的电子导致的围绕亮光的图像的“晕圈”劣化。该晕圈存在于普通的显象管中；然而，技术的进步已将晕圈降低到几乎不存在的程度。第三，随着时间的推进，需要运行器件的非常高电压(2-10kV)破坏了引起性能减弱的硅表面。因此，本专利技术的目的是提供一种增强型混合固态传感器，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强型固态成像传感器，包括：　　　　光阴极，用于将来自图象的光转换成电子；　　　　电子增倍器，用于接收来自光阴极的电子，相比于该电子增倍器从该光阴极接收的电子，该电子增倍器输出更大数量的电子；以及　　　　固态图像传感器，包括用于通过该电子增倍器的多个通道接收来自该电子增倍器的电子的多个像素，该固态图像传感器利用从该电子增倍器接收的电子产生增强的图像信号，　　　　所述多个通道布置成多个通道图案，并且所述多个像素布置成多像素图案，该多通道图案中的每个映射到该多个像素图案中的相应一个，使得来自该多个通道图案中的每一个的电子信号基本上被该多个像素图案中单独的相应一个接收。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-4-14 10/824,0841.一种增强型固态成像传感器，包括光阴极，用于将来自图象的光转换成电子；电子增倍器，用于接收来自光阴极的电子，相比于该电子增倍器从该光阴极接收的电子，该电子增倍器输出更大数量的电子；以及固态图像传感器，包括用于通过该电子增倍器的多个通道接收来自该电子增倍器的电子的多个像素，该固态图像传感器利用从该电子增倍器接收的电子产生增强的图像信号，所述多个通道布置成多个通道图案，并且所述多个像素布置成多像素图案，该多通道图案中的每个映射到该多个像素图案中的相应一个，使得来自该多个通道图案中的每一个的电子信号基本上被该多个像素图案中单独的相应一个接收。2.如权利要求1的增强型固态成像传感器，其中该多个通道图案的每一个包括单个通道，该多个像素图案的每一个包括单个像素。3.如权利要求2的增强型固态成像传感器，其中该多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁道夫G本茨，尼尔斯I托马斯，阿林恩W史密斯，
申请(专利权)人：ITT制造企业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]