[发明专利]一种小型化高增益低照度夜视成像器件

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的主要技术方案：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。