一种电子轰击成像型光电器件及高速相机制造技术

本实用新型专利技术涉及光电成像器件技术领域，公开了一种电子轰击成像型光电器件及高速相机，电子轰击成像型光电器件包括：真空容器，真空容器上设有光学输入窗，真空容器内设有：光电阴极，加速系统，调制系统，扫描系统，电势等位区，还包括半导体成像系统，用于对偏移后的电子束进行收集并成像，并对电子束的图像信息进行一定增益的放大。这种电子轰击成像型光电器件，能够实现一定倍率的光学图像增强功能，还能够进一步提升光电成像器件的分辨率以及信噪比等关键参数，同时能够进一步减小以此光电成像器件为核心的高速相机的体积以及重量。

【技术实现步骤摘要】
一种电子轰击成像型光电器件及高速相机
本技术涉及光电器件
，特别涉及利用电子轰击半导体器件进行图像采集及处理的一种电子轰击成像型光电器件及高速相机。
技术介绍
光电成像器件是一种电真空成像探测器件，主要由光电转换部件、电子束调制部件、电子束扫描部件、电子束图像显示部件所构成，其中最具代表性的为条纹变像管。变像管类光电成像器件的主要功能是将探测目标发射的光学信号转换为空间电子束信号，电子束信号在电子束调制部件中进行电子束加速、聚焦后，再经过电子束扫描部件对电子束进行扫描，使得不同时刻产生的电子束运动至电子束图像显示部件的不同位置，从而实现光学图像的时空转化，通过采集图像不同位置处的数据可以分析出信号光信号不同时刻不同空间位置处的强度信息等。变像管类光电成像器件由于具有探测光谱范围宽、光谱响应灵敏度高、时间分辨率高以及空间分辨率高等特点，被广泛应用于生物医学研究、材料学研究、核物理学研究以及地理信息等各个领域。目前，变像管类光电成像器件主要实现对光学信号的时空转换后再以光学信号的方式进行输出，因此变像管类光电成像器件中电子束图像显示部件一般采用荧光屏，当高能电子束轰击覆盖于荧光屏表面的荧光粉时，荧光粉会发出可见光波段的光线，并持续一段时间(余晖)后泯灭，从而使得后续图像采集系统有足够的时间采集荧光屏显示图像，如图3所示。为此，如图1所示，基于目前变像管类光电成像器件的高速相机组成一般为：光电成像器件、像增强器、高低压供电电源、扫描电控系统、前端输入狭缝光学系统、工控模块、后端光锥耦合CCD记录系统等。其中像增强器与荧光屏采用光学耦合的方式实现对荧光屏显示图像的强度增强功能，CCD用于采集像增强器显示图像，高低压供电电源对光电成像器件的工作电极实施供电保证光电成像器件可以正常工作，扫描电控系统实现光电成像器件的时空转换的功能。目前高速相机主要组成系统参考图1，其中光电成像器件与CCD之间的耦合结构参考图2。在高速相机中所使用的像增强器，目前基本都是基于微通道板(MCP)的电真空器件，其主要是利用MCP对电子的高增益实现对弱光学图像的强度增强。此器件在高速相机中的使用会从如下几个方面降低高速相机的性能：其一，此器件在正常工作时由于自身暗发射、粒子反馈等原因产生噪声电子，经MCP实现电子倍增后也会以可见光波段的光学图像显示输出，因此在后续的图像采集中将此噪声图像与信号图像一起采集，从而使得高速相机整体的信噪比下降；其二，由于MCP为微孔结构，其孔径的尺寸决定了整个像增强器也具有大于微孔孔径数值的空间分辨率，进而会使得高速相机整体的分辨率下降；其三，在高速相机中使用像增强器后，在荧光屏与像增强器之间需要使用一定形式的光学耦合系统，而且在像增强器与CCD器件之间也需要使用一定形式的光学耦合系统，多套光学耦合系统的耦合效率并非可以达到100％，因此也势必会使得光学信号产生其强度降低、图像失真等不良影响，从而使得高速相机的整体性能降低。其四，由于像增强器具有一定的空间尺寸，相应的光学耦合系统也会占用一定的空间体积，因此在高速相机中使用像增强器必将增加高速相机整体尺寸以及体积，不利于高速相机小型化及便携特性，从而限制其在特殊领域的应用。
技术实现思路
本技术提供一种电子轰击成像型光电器件及高速相机，使用半导体器件取代荧光屏的电子轰击成像型光电成像器件，能够实现一定倍率的光学图像增强功能，还可以进一步提升光电成像器件的分辨率以及信噪比参数，同时能够减小高速相机的体积以及重量，最后此光电成像器件可以为后续数据处理系统提供更为准确的原始电子束图像数据。本技术提供了一种电子轰击成像型光电器件，包括：真空容器，真空容器上设有光学输入窗，真空容器内设有：光电阴极，用来接收光子并将光子转换为电子，形成电子束；加速系统，用来对电子束进行加速；调制系统，用来改变加速后电子束的运动轨迹，实现电子束的聚焦；扫描系统，用来实现对聚焦后的电子束的空间位置进行调整，扫描系统利用变电场或者变磁场对经过聚焦后的电子束进行垂直于轴向方向的偏移运动；电势等位区，为等电压区域，用来实现电子在垂直于轴向方向具有足够漂移量的电子漂移区域，用于实现偏移运动的电子束图像信息的自由漂移；还包括半导体成像系统，用于对偏移后的电子束进行收集并成像，并对电子束的图像信息进行一定增益的放大。上述半导体成像系统包括：半导体器件、过真空电传输部件和信号处理电子学部件，半导体器件和过真空电传输部件设置在真空容器内，信号处理电子学部件设置在真空容器外，经过空间位置调制后的电子束轰击半导体器件使半导体器件的内部产生一定强度的载流子，载流子的数目大于光电阴极将光子转换为电子的数目，电子束轰击半导体器件后输出各个成像单元对应的电子信号，过真空电传输部件用来将半导体器件输出的各个成像单元对应的电子信号进行输出至信号处理电子学部件进一步进行信号处理。上述半导体器件为CCD(chargecoupleddevice，电荷藕合器件图像传感器)、CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)、APD(AvalanchePhotoDiode，雪崩光电二极管)或能够实现光电成像的器件，过真空电传输部件由陶瓷材料、玻璃材料或者金属材料制备而成，过真空电传输部件包含用于输出半导体器件信号的传输线。上述真空容器由玻璃、陶瓷和金属材料共同构成，光学输入窗由玻璃材料制成，陶瓷材料和金属材料共同构成真空容器的周向壁；光学输入窗的形状为平面结构或曲面结构，光学输入窗采用高频封接、高温热封接或铟封封接的方式与真空容器连接。对上述加速系统与所述光电阴极施加不同的电压值，利用两者之间的电压差对光电阴极发射的电子束进行加速，使得电子束的运动速度在皮秒或者纳秒量级的时间内达到接近光速的数量级，所述加速系统具有较大的占空比，所述加速系统为单个电极或多个电极的组合体。上述半导体器件通过电极过真空部件设置在真空容器内，电极过真空部件包括电极转换极阵列和基底，电极转换极阵列固定设置在基底上，电极转换极阵列包括多个电极转换极，所述电极转换极为公母头结构，与半导体器件相连接的部分为母头结构，其尺寸以及形状视半导体器件输出电极的形状以及尺寸而进行精密配合设计，电极转换极阵列也根据半导体器件输出电极的具体排列而进行精密分布设计。一种高速相机，包括上述的电子轰击成像型光电器件。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：本技术能够实现一定倍率的光学图像增强功能，还能够进一步提升光电成像器件的分辨率以及信噪比，同时能够进一步减小高速相机的体积以及重量，最后此电子轰击成像型光电器件能够为后续数据处理系统提供更为准确的原始电子束图像数据，本技术由于取消了荧光屏，因此能够减小高速相机的体积以及重量。附图说明图1为本技术
技术介绍
提供的通用高速相机的系统组成框图。图2为本技术背景本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子轰击成像型光电器件，包括：真空容器，真空容器上设有光学输入窗，真空容器内设有：/n光电阴极，用来接收光子并将光子转换为电子，形成电子束；/n加速系统，用来对电子束进行加速；/n调制系统，用来改变加速后电子束的运动轨迹，实现电子束的聚焦；/n扫描系统，用来实现对聚焦后的电子束的空间位置进行调整，扫描系统利用变电场或者变磁场对经过聚焦后的电子束进行垂直于轴向方向的偏移运动；/n电势等位区，为等电压区域，用来实现电子在垂直于轴向方向具有足够漂移量的电子漂移区域，用于实现偏移运动的电子束图像信息的自由漂移；/n其特征在于，还包括半导体成像系统，用于对偏移后的电子束进行收集并成像，并对电子束的图像信息进行一定增益的放大。/n

【技术特征摘要】
1.一种电子轰击成像型光电器件，包括：真空容器，真空容器上设有光学输入窗，真空容器内设有：
光电阴极，用来接收光子并将光子转换为电子，形成电子束；
加速系统，用来对电子束进行加速；
调制系统，用来改变加速后电子束的运动轨迹，实现电子束的聚焦；
扫描系统，用来实现对聚焦后的电子束的空间位置进行调整，扫描系统利用变电场或者变磁场对经过聚焦后的电子束进行垂直于轴向方向的偏移运动；
电势等位区，为等电压区域，用来实现电子在垂直于轴向方向具有足够漂移量的电子漂移区域，用于实现偏移运动的电子束图像信息的自由漂移；
其特征在于，还包括半导体成像系统，用于对偏移后的电子束进行收集并成像，并对电子束的图像信息进行一定增益的放大。


2.如权利要求1所述的电子轰击成像型光电器件，其特征在于，所述半导体成像系统包括：半导体器件(2)、过真空电传输部件和信号处理电子学部件，半导体器件(2)和过真空电传输部件设置在真空容器内，信号处理电子学部件设置在真空容器外，经过空间位置调制后的电子束轰击半导体器件(2)使半导体器件(2)的内部产生一定强度的载流子，载流子的数目大于光电阴极将光子转换为电子的数目，电子束轰击半导体器件(2)后输出各个成像单元对应的电子信号，过真空电传输部件用来将半导体器件(2)输出的各个成像单元对应的电子信号进行输出至信号处理电子学部件进一步进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玲玲，李刚，
申请(专利权)人：西安中科英威特光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61