專利名稱：增強型混合固態(tài)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種增強型混合固態(tài)傳感器。更尤其是，本發(fā)明涉及一種圖像增強器，其使用以密切地物理接近微通道板(MCP)和光陰極連接的CMOS或者CCD感知器件。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及使用固態(tài)傳感器的圖像增強器件領(lǐng)域，例如CMOS或者CCD器件。使用圖像增強器件增強低強度的光或者將非可見光轉(zhuǎn)化成容易看見的圖像。圖像增強器件對于從紅外光提供圖像尤其有用，并具有很多工業(yè)和軍事上的用途。例如，圖像增強管可用于增強飛行員的夜間視力，用于拍攝天體和用于提供視網(wǎng)膜色素變性患者(夜盲癥)的夜間視覺。
在現(xiàn)有技術(shù)中有三種類型的已知圖像增強器件用于照相機的圖像增強管、所有固態(tài)CMOS和CCD傳感器以及混合EBCCD/CMOS(電子轟擊的CCD或者CMOS傳感器)。
圖像增強管是公知的并在很多工業(yè)中廣泛使用。參考圖1，示出了現(xiàn)有技術(shù)中第III代(GEN III)圖像增強管10的電流狀態(tài)。在Naselli等人的標題為“REPLACEMENT DEVICE FOR A DRIVER′S VIEWER”的美國專利號5029963和Phillips的標題為“TELESCOPIC SIGHT FORDAYLIGHT VIEWING”的美國專利508,4780中例舉了現(xiàn)有技術(shù)的這種GEN III圖像增強管的例子。所示出的并在兩個引證參考文獻中的GENIII圖像增強管10現(xiàn)在是由ITT公司(這里為受讓人)制造的類型。在圖1所示的增強管10中，紅外能量撞擊光陰極12。光陰極12是由其一側(cè)涂敷有抗反射層16的玻璃面板14、鎵鋁砷(GaAlAs)窗口層17和砷化鎵(GaAs)活性層18構(gòu)成的。GaAs活性層18吸收紅外能量，由此導致產(chǎn)生電子/空穴對。然后將產(chǎn)生的電子通過存在于GaAs活性層18上的負電子親合力(NEA)層20發(fā)射到真空殼體20中。
微通道板(MCP)24設(shè)置在真空殼體22內(nèi)，和光陰極12的NEA涂層20相鄰。通常，MCP 24是由具有導電輸入表面26和導電輸出表面28的玻璃構(gòu)成的。一旦電子離開光陰極12，由于輸入表面26和光陰極12之間的大約300到900伏特的電勢差，所以電子朝著MCP 24的輸入表面26加速。當電子轟擊MCP 24的輸入表面26時，在MCP 24內(nèi)產(chǎn)生二次電子。MCP 24可以產(chǎn)生幾百個電子，每個電子進入輸入表面26。MCP 24經(jīng)受輸入表面26和輸出表面28之間的電勢差，該電勢差通常為1100伏特，因而電勢差能夠使電子倍增。
當倍增的電子離開MCP 24時，由于熒光屏30和輸出表面28之間的大約4200伏特的電勢差，所以電子通過真空殼體22加速朝向熒光屏30。當電子撞擊熒光屏30時，每個電子產(chǎn)生很多光子。對于光轉(zhuǎn)換器元件31的輸出表面28上的圖像增強管10，光子產(chǎn)生輸出圖像。
例如圖1中所示的那些圖像增強器對于其它形式的圖像增強器具有優(yōu)點。首先，增強器具有對數(shù)增益曲線。也就是，當輸入光等級增加時，增益減小。尤其當強光處于和弱光相同的景象時，這和人眼響應(yīng)相匹配。大部分固態(tài)器件具有線性響應(yīng)，也就是，光線越亮輸出信號越強。結(jié)果是，亮光對于固態(tài)系統(tǒng)的觀察者顯示得更亮，并傾向于沖洗景象?？梢愿淖児虘B(tài)傳感器，以隨著輸入光的增強產(chǎn)生增益減少，然而，這需要使用模板或者使用消除模糊控制改變放大器增益。
圖像增強器的另一優(yōu)點是在輸入光等級的很大范圍上起作用的能力。電源可以控制陰極電壓并由此改變增強管的增益以符合景象。因此，增強管可以從陰天的星光到白天的條件運行。
然而，圖像增強器/I2照相機遭受很多不利條件。熒光屏的電子光產(chǎn)生低對比度的圖像。這導致了當通過圖像增強器觀看時，人觀察者或者固態(tài)傳感器對物體的觀察模糊。盡管對于圖像增強器的進一步發(fā)展已經(jīng)在某種程度上減少了這種不足，但是固態(tài)傳成像器通常具有更好的性能。
圖像增強器/I2照相機的另一缺點是“暈圈”。暈圈源自于從MCP或者顯示屏反射的電子。然后放大反射的電子，并轉(zhuǎn)化成圍繞原始圖像的圓環(huán)形的光。在顯象管中，對于最近制造的顯象管已經(jīng)將來自從MCP反射的電子的暈圈降低到可以忽略的效果。然而，來自顯示屏部分的暈圈仍然存在，盡管沒有到陰極暈圈的程度。盡管如此，當CCD或者CMOS陣列耦合到圖像增強器時，在成像系統(tǒng)中顯示屏暈圈仍然是嚴重的缺陷。這是因為這些陣列對于顯示屏暈圈中的低亮度級比人眼更敏感。
另一缺點是圖像增強器不具有提供電子讀出的方法。電子讀出是所期望的，這可以使得來自熱傳感器的影像可以和增強影像組合在一起，從而可以同時觀看到來自兩個光譜的信息。一種方案是通過將CCD或者CMOS陣列耦合到圖像增強管產(chǎn)生I2照相機。當固態(tài)器件耦合到顯象管時，構(gòu)成的照相機已經(jīng)具有顯象管的所有性能缺點由于耦合的低效率和對于照相機的顯象管增加的成本導致了低對比度、通常不良的有限分辨率。
固態(tài)器件通常包括CCD或者CMOS。它們起到直接檢測光、將信號電傳送給固態(tài)放大器，然后在電視機類型的顯象管或者顯示器例如液晶顯示器上顯示圖像的作用。圖2a和2b示出了典型CCD傳感器的流程圖和示意圖。
CCD和CMOS傳感器是固態(tài)器件；也就是沒有真空殼體，并且輸出的是必須在其它地方而不是在傳感器內(nèi)顯示的電信號。固態(tài)器件以5-15伏特的電源運行。光在標記為“s”的各個像素中被檢測，并轉(zhuǎn)換成存儲在像素中的電子，直到將像素讀到存儲寄存器上。然后從存儲寄存器傳送包含在多個像素中的電子信息到一讀出寄存器，然后到輸出放大器，以及然后到視頻顯示器，例如陰極射線管。
所有固態(tài)器件的缺點是不良的低亮度級性能、來自亮光源的可能模糊現(xiàn)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電流和由于低信噪比導致的讀出噪聲。如果在讀出之前提供信號增益機構(gòu)，應(yīng)該能避免這種問題，因為將存在足夠的信號來克服噪聲源。在讀出之前，固態(tài)器件結(jié)構(gòu)通常不允許放大器部分。不良的有限分辨率是由于在試圖收集大信號并由此增加信噪比中通常選擇的大像素尺寸導致的。這些不足明顯地阻止了在夜間視覺應(yīng)用中固態(tài)傳感器的使用。和圖像增強器/I2照相機相比，固態(tài)器件的優(yōu)點是更好的圖像對比度，電子讀出的有效性、低成本，尤其是當固態(tài)傳感器是CMOS陣列時。
可以看出的是，圖像增強器和固態(tài)傳感器的強度和弱點彼此接受，并且理論上兩個器件的組合將給出更好的性能。作為圖像增強器/I2照相機和固態(tài)傳感器的替換提出的一種這樣的組合是電子轟擊的CCD/CMOS傳感器(EBCCD/CMOS)。該器件是由光陰極和顯象管的主殼體構(gòu)成的，以及或者是集成到該殼體中的CCD或者CMOS傳感器。在圖3中示出了EBCCD/CMOS傳感器的示意性例子。在陰極和固態(tài)傳感器之間施加高電壓，使得通過電子轟擊，得到的電子在固態(tài)傳感器中的硅中被放大。
EBCCD/CMOS的優(yōu)點是它提供了電子讀出。但是缺點是很多的。首先，景象內(nèi)動態(tài)范圍受到壓縮。這意味著，和圖像增強器/I2照相機以及所有固態(tài)器件相比，當亮物體緊挨著暗物體時，降低了景象內(nèi)的總對比度。第二，傳感器遭受由于從固態(tài)傳感器反射的電子導致的圍繞亮光的圖像的“暈圈”劣化。該暈圈存在于普通的顯象管中；然而，技術(shù)的進步已將暈圈降低到幾乎不存在的程度。第三，隨著時間的推進，需要運行器件的非常高電壓(2-10kV)破壞了引起性能減弱的硅表面。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種增強型混合固態(tài)傳感器，其組合了圖像增強器、良好信噪比和高對數(shù)增益的功能，以及互補金屬氧化物半導體(CMOS)或者電荷耦合器件(CCD)的電子讀出功能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，增強型固態(tài)成像傳感器包括用于將來自圖像的光轉(zhuǎn)化成電子的光陰極。增強型固態(tài)成像傳感器還包括用于接收來自光陰極的電子的電子增倍器。該電子增倍器輸出的電子數(shù)量多于該電子倍增器從光陰極接收的電子數(shù)量。增強型固態(tài)成像傳感器還包括固態(tài)圖像傳感器，該圖像傳感器包括通過電子增倍器的多個通道接收來自電子增倍器的電子的多個像素。固態(tài)圖像傳感器從電子增倍器接收的電子產(chǎn)生增強圖像信號。在多個通道圖案(pattern)中布置多個通道，以及在多個像素圖案中布置多個像素。將多個通道圖案的每一個映射(map)到多個像素圖案的相應(yīng)一個，使得基本上通過多個像素圖案的單個接收來自多個通道圖案的每一個的電子信號。


為了更清楚地理解本發(fā)明，將參考附圖更具體地披露，其中圖1是典型圖像增強管的示意圖；圖2A是典型CCD傳感器的流程圖；圖2B是典型CCD成像表面的示意圖；圖3是典型電子轟擊的CCD器件的橫截面圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的增強型混合固態(tài)傳感器的橫截面圖；圖4B是根據(jù)本發(fā)明的增強型混合固態(tài)傳感器的示意圖；
圖5A是用于本發(fā)明中的微通道板(MCP)和背面變薄的CCD的示意圖；圖5B是用于本發(fā)明中的微通道板(MCP)和標準CCD的示意圖；圖5C是和本發(fā)明一起使用的CMOS型圖像傳感器的透視圖；圖6A是具有圓形輪廓和CMOS井的MCP通道的透視圖；圖6B是具有正方形輪廓和CMOS井的MCP通道的透視圖；圖7A是根據(jù)本發(fā)明的傳感器表面的每單位面積上大像素/小MCP通道間距的示意性頂視圖；圖7B是根據(jù)本發(fā)明傳感器表面的每單位面積上一對一像素對MCP通道的示意性頂視圖；圖7C是根據(jù)本發(fā)明傳感器表面的每單位面積上小CMOS像素間距/大MCP通道的示意性頂視圖；圖8示出了電子增倍器通道圖案和在描述本發(fā)明的示例性實施例的優(yōu)點時使用的圖像傳感器像素圖案不對準；圖9A是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的對準的電子增倍器通道圖案和根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的圖像傳感器像素圖案的方框圖；圖9B是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的另一對準的電子增倍器通道圖案和圖像傳感器像素圖案的方框圖；圖9C是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的另一對準的電子增倍器通道圖案和圖像傳感器像素圖案的方框圖；圖9D是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的另一對準的電子增倍器通道圖案和圖像傳感器像素圖案的方框圖；以及圖9E是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的另一對準的電子增倍器通道圖案和圖像傳感器像素圖案的方框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實施例的優(yōu)選特征。將可以理解的是，本發(fā)明的精神和范圍不局限于為了說明所選的實施例。而且，應(yīng)當注意的是，附圖不表示任何特定的尺寸或者比例。它應(yīng)該包括在下文描述的可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)變化的任何結(jié)構(gòu)和材料。
在共同未審美國專利申請序列號09/973,907中，將本申請描述成提供增強型混合固態(tài)傳感器。根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)傳感器包括成像器件，該成像器件包括裝配有圖像增強器陰極的固態(tài)傳感器，微通道板(MCP)和主殼體。該器件組合了圖像增強器、良好的信噪比和高對數(shù)增益的最好功能以及互補金屬氧化物半導體(CMOS)或者電荷耦合器件(CCD)的電子讀出功能。對于該發(fā)明的應(yīng)用主要是需要良好的低亮度敏感性和高增益的夜視系統(tǒng)。
圖4B是根據(jù)本發(fā)明的增強型混合固態(tài)傳感器41的示意圖。傳感器41包括標準顯象管光陰極54、微通道板(MCP)53和固態(tài)成像傳感器56。固態(tài)成像傳感器56可以是任何類型的固態(tài)成像傳感器。優(yōu)選地，固態(tài)成像傳感器56是CCD器件。更優(yōu)選地，固態(tài)成像傳感器56是CMOS成像傳感器。圖5A描述了作為成像傳感器56′的背面變薄(back-thinned)的CCD成像器件。在該實施例中，MCP 53和背面變薄的CCD傳感器56′連接。背面變薄的CCD傳感器56′包括電子接收表面，例如擴散收集區(qū)56a′和讀出區(qū)62。圖5B示出了包括連接到標準CCD 56″的MCP53的替換標準CCD成像器件。CCD 56″包括氧化蓋63和多個收集井64。圖5C示出了作為CMOS傳感器的傳感器，包括CMOS襯底56″和多個收集井65。
出于不同的原因，對于很多應(yīng)用中的使用，基于CCD的圖像傳感器受到了限制或者是不能實現(xiàn)的。首先，CCD至少需要兩個具有埋入通道的多晶硅層注入，以獲得它們的高性能，其意思是不能使用標準CMOS制造工藝制造它們。第二，由于在應(yīng)用中它們不可能包括需要將它們和其它器件集成在一起的器件，所以用基于CCD的圖像器可能獲得的集成等級是低的。最后，用于將來自圖像陣列的數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)板上其它器件的電路，例如數(shù)字信號處理器(DSP)和其它圖像處理電路，具有大電容并需要高于其它電路的電壓。由于和充放電這些電容器相關(guān)的電流通常是足夠的，所以CCD成像器不是非常特別適用于便攜式或者電池運行的設(shè)備。
同樣地，使用標準CMOS工藝由集成電路制成的更便宜的圖像傳感器是所期望的。實質(zhì)上，和CMOS型成像傳感器一起，將光電二極管、光晶體管或者其它類似器件用作光檢測元件。光檢測元件的輸出是模擬信號，其振幅幾乎正比于通過元件接收到的光量。在一些應(yīng)用中優(yōu)選CMOS成像器，因為和用CCD工藝制造的成像器相比，它們使用更少的電能、具有更低的制造成本并提供更高的系統(tǒng)集成。而且，CMOS成像器具有增加的優(yōu)點，可以使用類似于通常用于制造邏輯晶體管的工藝制造它們。盡管本發(fā)明的優(yōu)選實施例合并了CMOS傳感器作為成像傳感器56，但是任何固態(tài)成像傳感器都會工作，并且在本申請的范圍之內(nèi)。
再次參考圖4B，光陰極54可以是在任何已知類型的圖像增強器件中使用的標準光陰極。光陰極54可以是這樣的材料，例如GaAs、Bialkali、InGaAs等，但是不局限于這些材料。光陰極54包括輸入側(cè)54a和輸出側(cè)54b。MCP 53可以是不局限于硅或者玻璃的材料，并優(yōu)選是大約10到25mm厚度。MCP 53具有形成在輸入表面49和輸出表面50之間的多個通道52。通道52可以具有任何類型的輪廓，例如，圓形輪廓52′(圖6A)或者正方形輪廓52″(圖6B)。MCP 53連接到成像傳感器56的電子接收表面56a。
優(yōu)選地，MCP 53的輸出表面50和成像傳感器56的電子接收表面56a物理接觸。然而，在MCP 53和成像器傳感器56之間絕緣可能是需要的。因此，薄的絕緣隔板55可以插在MCP 53的輸出表面50和成像傳感器56的電子接收表面56a之間。絕緣隔板55可以由任何電絕緣材料制成，并優(yōu)選形成為沉積在成像傳感器56的電子接收表面56a上的薄層，不超過幾微米厚。例如，這種絕緣隔板可以是大約10μm厚的膜，但不局限于該厚度?？商鎿Q地，絕緣隔板55可以是形成在MCP 53的輸出表面50上的膜(未示出)。
CMOS成像傳感器56包括電子接收表面56a和輸出56b。從MCP 53發(fā)射出的數(shù)量增多的電子撞擊電子接收表面56a。電子接收表面56a包括CMOS襯底56″和多個收集井65(圖5C)。對于CMOS傳感器，使用標準信號處理設(shè)備處理收集井65中收集的電子47(參見圖4B)，以產(chǎn)生通過輸出56b傳送到圖像顯示器46的增強圖像信號。
電子偏置電路44提供對傳感器41的偏置電流。電子偏置電路44包括第一電連接42和第二電連接43。第一電連接42提供光陰極54和MCP53之間的偏置電壓。優(yōu)選將來自第一電連接42的偏置電壓設(shè)置為小于EBCCD/CMOS傳感器陰極到CCD電壓的偏置電壓，也就是2-10kV。例如，一種優(yōu)選偏置電壓可以類似于顯象管的偏置電壓，例如～1400V。第二電連接43施加MCP 53和CMOS傳感器56之間的偏置電壓。優(yōu)選地，通過第二電連接43施加的偏置電壓明顯小于現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域的器件中大約4200V的顯象管-顯示屏電壓(圖1)。例如，通過第二電連接43施加的偏置電壓可能是～100V，但是不局限于此。圖4A示出了傳感器41的可能的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，以彼此密切地物理接近地方式將光陰極54、MCP 53和成像傳感器56維持在真空體或者殼體61內(nèi)作為單個單元。
參考圖4B，在運行中，來自圖像57的光58、59通過光陰極54的輸入側(cè)54a進入到增強型混合固態(tài)傳感器41。光陰極54改變光進入到電子48，電子48從光陰極54的輸出側(cè)54b輸出。從光陰極54出來的電子48通過MCP 53的輸入表面49進入通道52。在電子48轟擊MCP 53的輸入表面49之后，在MCP 53的多個通道52內(nèi)產(chǎn)生二次電子。對于通過輸入表面49進入的每個電子，在每個通道52中MCP 53可以產(chǎn)生幾百個電子。因此，從通道52出去的電子47的數(shù)量顯著大于進入到通道52的電子48的數(shù)量。增加的數(shù)量的電子47通過MCP 53的輸出側(cè)50排出通道52，并撞擊CMOS成像器件56的電子接收表面56a。
圖6A-6B示出了增加的數(shù)量的電子47怎樣排出通道52(也就是圖6A中的通道52′，圖6B中的通道52″)并怎樣撞擊CMOS成像傳感器56的特定收集井65′。從這些說明可以看出的是，在收集井65′和發(fā)射電子47的通道52的數(shù)量之間存在關(guān)系。通常，MCP 53的相鄰通道52隔開預(yù)定通道間距52a。圖6A-6B示出了通道間距52a，該通道間距導致每個收集井65′不止一個通道52。
圖7A-7C示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS井/通道間距關(guān)系的三個不同替換。圖7A示出了通道間距52和CMOS井65′之間的一個關(guān)系。在這種情況中，通道間距52相對較小，然而CMOS井65′的尺寸相對較大。這允許來自兩個或者多個通道52的幾個電子47撞擊CMOS收集井65′。圖7B示出了另一CMOS井/通道間距的關(guān)系。在該實施例中，通道間距52和CMOS收集井65′的尺寸幾乎是一對一的關(guān)系。同樣來自單個通道51的電子47′撞擊單個收集井65′。圖7C示出了另一CMOS井/通道間距的關(guān)系，其中通道間距52相對較大，并且CMOS井65′的尺寸相對較小。在這種情況中，來自單個通道52的電子47′撞擊多個收集井65′。同時這些結(jié)構(gòu)提供了不同的優(yōu)點，對于本發(fā)明在圖7A中所示的關(guān)系是優(yōu)選的。
結(jié)果，增強型混合固態(tài)傳感器以不同于任何其它現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域概念的條件運行。結(jié)果是，MCP 53可以直接安裝在CMOS傳感器56上面，CMOS傳感器給出類似對比于所有固態(tài)器件的混合器件，但是具有低的暈圈、良好的信噪比和顯象管的對數(shù)增益。由于運行電壓較低，所以可以選通混合器件，就像圖像增強器允許從在陰暗的星光條件運行到白天運行。因缺乏MCP53和CMOS傳感器56之間的物理間隙，所以混合傳感器具有更好的暈圈。當和EBCCD/CMOS或者圖像增強型照相機比較時，在兩個部件中缺乏這種物理分離也是對比度改善的原因?；旌掀骷€具有顯象管的對數(shù)增益曲線。不像EBCCD/CMOS傳感器，由于低陰極電壓，可以選通混合傳感器。
在圖像增強管中的很多部件涉及采樣器件。這些采樣器件收集輸入信號的離散空間采樣，并提供離散的采樣輸出信號。在圖像增強管中的這些采樣器件的例子是微通道板和光纖屏幕。例如MCP收集孔/通道中的輸入電子，并輸出來自這些完全相同的孔/通道的電子。在光纖器件的情況中，每個獨立的光纖收集光的空間采樣，由此將光限制在光纖內(nèi)，并將采樣的圖像投影在光纖的輸出端上。
當這些空間采樣的信號彼此覆蓋時，可以在輸出端觀察到幾個圖案。圖8示出了涉及被電子增倍器的通道覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的像素。更特別地，結(jié)構(gòu)800示出了被電子增倍器的通道804a、804b、804c、804d、804e、804f和804g覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的像素802a、802b、802c和802d。結(jié)構(gòu)800示出了固態(tài)圖像傳感器和電子增倍器之間的采樣的不對準。更特別地，通道804a、804b、804c、804d、804e、804f和804g的一部分和像素802a、802b、802c和802d對準；然而通道804a、804b、804c、804d、804e、804f和804g的其它部分和像素802a、802b、802c和802d不對準。
當觀看時(也就是人觀看監(jiān)控器)，這些不對準可以顯示為很多不想要的電光圖案的其中一個。例如。這些電光圖案被稱為是Moiré。Moiré(和其它電光圖案例如重疊混淆)對于通過這些不對準圖案盡力觀看真實物體的人們來說有非常分散的趨勢。
當光傳送質(zhì)量從一個元件到另一元件是非常良好的時候，這些光圖案(也就是不對準圖案)通常顯示了它們本身。例如，圖8示出了這樣一高傳送質(zhì)量。在圖8中，如果像素和/或通道的邊緣不是非常清楚時(也就是邊緣是模糊的)，觀察到的實際圖像可能不能顯示Moiré圖案。當和固態(tài)圖像傳感器(例如CMOS圖像器)接觸地放置電子增倍器(例如MCP)時，在電子增倍器的溝道和固態(tài)圖像傳感器的像素之間出現(xiàn)非常高質(zhì)量的圖像傳送。在這種結(jié)構(gòu)中，易于觀察到光不對準圖案例如Moiré。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，通過(1)在多個通道圖案中布置一個電子增倍器的多個通道，(2)在多個像素圖案中布置固態(tài)圖像傳感器的多個像素，和(3)將多個通道圖案的每一個映射到多個像素圖案的每一個上，使得通過多個像素圖案的相應(yīng)單個基本上可以接收到來自多個通道圖案的每一個的電子信號，避免或者基本上減少Moiré和其它不想要的光圖案。該對準可以是多種結(jié)構(gòu)的任何一種，只要來自每個通道圖案的信號基本上和像素圖案的相應(yīng)一個基本對準，使得不發(fā)生光不對準(例如圖8中所示的)。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，可以旋轉(zhuǎn)地和平移地對準多個通道圖案的每一個和多個像素圖案的相應(yīng)一個。
例如，圖9A示出了示例性映射(mapping)900，其中映射900包括被電子增倍器的多個通道(布置成4通道圖案，每個通道圖案包括單一通道)覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的多個像素(布置為4像素圖案，每個像素圖案包括單一象素)(由于在圖9A中通道圖案對像素圖案的映射/記錄，每個映射顯現(xiàn)為單一的正方形；然而，每個正方形實際上表示被通道圖案覆蓋的像素圖案)。更特別地，映射900示出了被通道904a、904b、904c和904d(每一個表示具有單一通道的通道圖案)覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的像素902a、902b、902c和902d(每一個表示具有單一像素的像素圖案)。在該實施例中，通道904a、904b、904c和904d的單個和像素902a、902b、902c和902d的相應(yīng)的一個對準/映射。而且，通道(例如MCP的孔)基本上和像素(例如圖像傳感器的像素)具有相同的尺寸，并具有和像素相同的中心間距。
在本發(fā)明的某些示例性實施例中，所期望的是，在成像傳感器的組裝期間，將電子增倍器的通道和固態(tài)圖像傳感器的像素對準。一種保證適當對準的組裝方法是通過電子增倍器發(fā)光，由此允許觀察固態(tài)圖像傳感器的反射圖案。如果觀察到不期望的不對準圖案(例如Moiré)，那么電子增倍器的通道基本上和固態(tài)圖像傳感器的像素對準。當然，其它對準方法也是可用的。
圖9A是提供對準電子增倍器的通道圖案和固態(tài)圖像傳感器的相應(yīng)像素圖案的多個映射結(jié)構(gòu)的一個。多個附加的結(jié)構(gòu)是可能的，圖9B-9E是這種映射結(jié)構(gòu)的另外的實例。
圖9B示出了示例性映射910，其中映射910包括被電子增倍器的多個通道(布置成4通道圖案，每個通道圖案包括單一通道)覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的多個像素(布置為4像素圖案，每個像素圖案包括單一象素)。更特別地，映射910示出了被通道圖案914a、914b、914c和914d(每一個表示具有單一通道的通道圖案)覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的像素912a、912b、912c和912d(每一個表示具有單一像素的像素圖案)。在該實施例中，通道914a、914b、914c和914d的單個和像素912a、912b、912c和912d的相應(yīng)的一個對準。圖9B中所示的實施例類似于圖9A中所示的實施例，其中在電子增倍器的通道和固態(tài)圖像傳感器的像素之間存在一對一的相互關(guān)系；然而，圖9B中的電子增倍器的通道基本上和固態(tài)圖像傳感器的像素具有不相同的尺寸。無論如何，電子增倍器的通道和固態(tài)圖像傳感器的像素彼此對準。由于對準，基本上減少了對于不期望的光學圖案(例如Moiré)的可能性。
圖9C示出了示例性映射920，其中映射920包括被電子增倍器的多個通道(布置成4通道圖案，每個通道圖案包括4個通道)覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的多個像素(布置為4像素圖案，每個像素圖案包括單一象素)。更特別地，映射920示出了被通道924a、924b、924c和924d(其中的四個表示單一通道圖案)覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的像素922a、922b、922c和922d(每一個表示具有單一像素的像素圖案)。在該實施例中，像素922a、922b、922c和922d的單個和相應(yīng)的通道圖案映射/對準，其中每個通道圖案包括四個通道(也就是分別是通道924a、924b、924c和924d中的四個)。電子增倍器的通道圖案和固態(tài)圖像傳感器的像素圖案的映射/對準導致了基本上減少了對于不期望的圖案(例如Moiré)的可能性。
圖9D示出了示例性映射930，其中映射930包括被電子增倍器的多個通道(布置成9通道圖案，每個通道圖案包括單一通道)多個通道覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的多個像素(布置為9像素圖案，每個像素圖案包括單一象素)。更特別地，映射930示出了被通道934a、934b、934c、934d、934e、934f、934g、934h和934i(其中的每一個表示具有單一通道的通道圖案)覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的像素932a、932b、932c、932d、932e、932f、932g、932h和932i(每一個表示包括單一像素的像素圖案)。在該實施例中，通道934a、934b、934c、934d、934e、934f、934g、934h和934i的單個和像素932a、932b、932c、932d、932e、932f、932g、932h和932i的相應(yīng)一個映射/對準。電子增倍器的通道圖案和固態(tài)圖像傳感器的像素圖案的映射/對準導致了基本上減少了對于不期望的圖案(例如Moiré)的可能性。
圖9E示出了示例性映射940，其中映射940包括被電子增倍器的多個通道(布置成4通道圖案，每個通道圖案包括單一通道)多個通道覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的多個像素(布置為4像素圖案，每個像素圖案包括4個象素)。更特別地，映射940示出了被通道944a、944b、944c和944d(其中的每個表示具有單一通道的通道圖案)覆蓋的固態(tài)圖像傳感器的像素942a、942b、942c和942d(其中的四個表示具有單一的像素圖案)。在該實施例中，通道944a、944b、944c和944d的單個和相應(yīng)的像素圖案映射/對準，其中每個像素圖案包括四個像素(也就是分別是井942a、942b、942c和942d中的四個)。電子增倍器的通道圖案和固態(tài)圖像傳感器的像素圖案的映射/對準導致了基本上減少了對于不期望的圖案(例如Moiré)的可能性。
當然圖9A-9E中所示的和以上所述的本發(fā)明的實施例是示例性的。各種替換結(jié)構(gòu)是在預(yù)料之中的。例如，根據(jù)本發(fā)明，可以改變每一個通道圖案中的通道數(shù)量和/或每個像素圖案中的像素的數(shù)量。而且，根據(jù)本發(fā)明，可以改變通道和/或像素的尺寸和/或形狀。而且，根據(jù)本發(fā)明，還可以改變通道圖案對像素圖案的映射。
如這里使用的，像素的意思指的是接收電子或者電子能量的圖像傳感器(例如固態(tài)圖像傳感器)的元素。像素包括用于存儲接收到的電子能量的井。
在遞交該申請的同時，本發(fā)明的優(yōu)選實施例的上述具體描述陳述了發(fā)明人為實現(xiàn)本發(fā)明所考慮的最優(yōu)模式，并借助于不局限于此的示例提供上述具體描述。因此，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的各種變形和變化被認為是落在如下述權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種增強型固態(tài)成像傳感器，包括光陰極，用于將來自圖象的光轉(zhuǎn)換成電子；電子增倍器，用于接收來自光陰極的電子，相比于該電子增倍器從該光陰極接收的電子，該電子增倍器輸出更大數(shù)量的電子；以及固態(tài)圖像傳感器，包括用于通過該電子增倍器的多個通道接收來自該電子增倍器的電子的多個像素，該固態(tài)圖像傳感器利用從該電子增倍器接收的電子產(chǎn)生增強的圖像信號，所述多個通道布置成多個通道圖案，并且所述多個像素布置成多像素圖案，該多通道圖案中的每個映射到該多個像素圖案中的相應(yīng)一個，使得來自該多個通道圖案中的每一個的電子信號基本上被該多個像素圖案中單獨的相應(yīng)一個接收。
2.如權(quán)利要求1的增強型固態(tài)成像傳感器，其中該多個通道圖案的每一個包括單個通道，該多個像素圖案的每一個包括單個像素。
3.如權(quán)利要求2的增強型固態(tài)成像傳感器，其中該多個通道圖案的每一個基本上和該多個像素圖案的相應(yīng)的一個是相同的尺寸和形狀。
4.如權(quán)利要求1的增強型固態(tài)成像傳感器，其中該多個通道圖案的每一個包括多個通道，以及該多個像素圖案的每一個包括單個像素。
5.如權(quán)利要求1的增強型固態(tài)成像傳感器，其中該多個通道圖案的每一個包括單個通道，以及該多個像素圖案的每一個包括多個像素。
6.如權(quán)利要求1的增強型固態(tài)成像傳感器，其中該多個通道圖案的每一個包括多個通道，以及該多個像素圖案的每一個包括多個像素。
7.如權(quán)利要求1的增強型固態(tài)成像傳感器，其中該多個通道圖案的每一個和該多個像素圖案的相應(yīng)的一個旋轉(zhuǎn)地和平移地對準。
8.如權(quán)利要求1的增強型固態(tài)成像傳感器，其中該電子增倍器包括多通道板，以及該多個通道包括該多通道板的多個孔。
9.如權(quán)利要求1的增強型固態(tài)成像傳感器，其中該固態(tài)圖像傳感器是CCD器件。
10.如權(quán)利要求1的增強型固態(tài)成像傳感器，其中該固態(tài)圖像傳感器是CMOS器件。
全文摘要
增強型固態(tài)成像傳感器(41)包括用于將來自圖像的光轉(zhuǎn)化成電子的光陰極(54)、用于接收來自光陰極的電子的電子增倍器(53)，以及包括通過電子增倍器的多個通道接收來自電子增倍器的電子的多個像素的固態(tài)圖像傳感器(56)。固態(tài)圖像傳感器自從電子增倍器接收的電子產(chǎn)生增強圖像信號。多個通道布置在多個通道圖案中，以及多個像素布置在多個像素圖案中。將多個通道圖案的每一個映射到多個像素圖案的相應(yīng)一個，使得基本上通過多個像素圖案的相應(yīng)一個接收來自多個通道圖案的每一個的電子信號。
文檔編號H01J31/50GK1943000SQ200580011183
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者魯?shù)婪颉·本茨, 尼爾斯·I·托馬斯, 阿林恩·W·史密斯 申請人:Itt制造企業(yè)公司