用于夜视的图像传感器单元制造技术

提供了在（例如夜视类型的）成像装置中使用的图像传感器单元（１００）。该图像传感器单元（１００）包括电极组件和控制单元（１１８）。该电极组件被配置成可操作来接收输入光信号并产生相应的电信号。该电极组件包括：光电阴极（１１２），具有能够响应于入射光而发射电子的有效区域；和在光电阴极（１１２）发射出的电子的路径上的至少一个电极（１１４、１１６）。控制单元（１１８）被配置成可操作来控制该路径上的电场分布，以选择性地使在至少一个电极（１１４、１１６）上捕获电子，使所述至少一个电极（１１４、１１６）上积累与表示获得的图像的输入电磁信号相对应的电荷，并由此使得能够直接读取积累的电荷。图像传感器单元（１００）由此提供光信号到指示该光信号的电信号的直接转换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上属于图像传感器领域，并涉及可以在夜视设备中使用的图像传感器单元。
技术介绍
夜视设备通过采集透镜单元聚集周围存在的光(星光、月光或远红外光)。采集的 光经过通常基于光电阴极管的图像增强器。在该光电阴极管中，输入光信号使电子从光电 阴极发射，电子传送到荧光屏，产生光输出。一些类型的图像增强器利用作为电子放大器并 直接设置在光电阴极后面的微通道板(MCP)。MCP包括大量短的平行玻璃管。当电子通过 这些短管时，大量更多的电子被释放。图1示意了夜视设备的传统方法。如图所示，成像器(如CMOS或(XD)配备有图 像增强器(如使用MCP的类型)，其中图像增强器的光电阴极管和荧光屏结构保持高的电势 差(即高的操作电压)。这样，图像增强器向包括CMOS/CCD成像器的电子设备提供增强的 光信号输入。在CMOS/CCD成像器处，光信号被转换为电信号并传输到CMOS/CCD读出电路。
技术实现思路
本专利技术提供了一种针对图像传感器的新的方法，尤其适用于夜视设备。根据该方 法，表示输入光信号的电信号直接耦合到电子读出电路，诸如CMOS或CCD。更具体地，由传 感器单元组成的图像像素包括电极组件，该电极组件能够接收输入光信号并基于光电发射 (或电压增强光电发射)原理产生相应的电信号，其中该电信号为在电极中的一个上到达/ 积累的电荷/电势的形式。该电极组件包括光电阴极和一个或更多个电极，该一个或更多 个电极限定了针对电子传送路径的空腔并用于吸引在所述路径中流动的电子。该吸引电极 可以是浮置电极(即没有与任何电压源和/或读取器连接的电极)，也可以不是浮置电极， 或者用于在其上积累或允许在另一电极上积累表示输入光信号(即图像数据)的电荷/电 势。为此，适当地控制所述路径中的电场分布以选择性地使在(浮置)电极上电子的捕获 造成电荷/电势的积累。通常，本专利技术的图像传感器单元可以近包括阴极和阳极和/或栅极单元，该栅极 单元可以由传统的读出电路组成并根据本专利技术的原理进行适当的操作用于使得电荷/电 势积累并读出。优选地，该电极组件包括光电阴极、浮置栅极和阳极，并可以以所谓的“图像捕获” 模式和“图像读取”模式进行操作。因此，根据本专利技术的一个宽泛的方面，提供了一种图像传感器单元，该图像传感器 单元包括电极组件，其被配置成和用于接收输入光信号并产生相应的电信号，该电极组件 包括光电阴极，其具有能够响应于入射光而发射电子的有效区域；以及在从所述光电阴 极发射出的电子的路径上的至少一个电极；以及控制单元，其被配置成和用于控制所述路径上的电场分布，以选择性地造成所述至少一个电极上电子的捕获，导致在所述至少一个电极上积累与表示获得的图像的输入电 磁场信号相对应的电荷，并由此使得能够直接读取积累的电荷；所述图像传感器单元由此提供光信号到表示该光信号的电信号的直接转换。在一些实施方式中，所述至少一个电极为阳极，从该阳极读出与所述积累的电荷 对应的电流。在一些实施方式中，所述至少一个电极为浮置电极，在该情况下，所述电极组件包 括至少一个阳极，该至少一个阳极与所述浮置电极间隔开并用于测量与所述浮置电极上积 累的电荷对应的电流。在所述至少一个电极为浮置电极的情况下，在通向所述阳极的所述路径中产生电 子通量以使得能够读取积累的电荷。所述控制单元被因此配置成和用于使得产生所述电子 通量，并同时改变所述电场分布，使得所述电子通量穿过带电的浮置电极，导致在所述阳极 上形成表示所述积累的电荷的电流。电子通量生成单元可以被配置为和用于通过场发射、光电发射或热发射效应产生 所述电子通量。这可以通过使用对所述光电阴极进行照射的发光器来实现。因此，在本专利技术的一些实施方式中，所述电极组件能够依次在第一和第二模式下 操作，分别用于以积累电荷的形式获取图像数据(捕获阶段)和读取所述电荷(读取阶 段)。在所述路径中所述第一模式和第二模式在所述电场分布上彼此不相同。所述第一模式可以通过在所述路径中提供特定值的电场来实现，以及所述第二模 式可以通过在所述路径中提供变化的电场来实现。对于图像擦除模式，这包括至少被部分 地对所述浮置电极进行放电，优选地放电到一定的电荷值(相对于阳极为负)以提高暗像 素识别。所述浮置电极(栅极)典型地为由空间上隔开的导电元件阵列形成的栅格。所述 栅格可以由包含了多个粒子(纳米粒子)的层组成。该粒子可以与阳极的表面连接。该层 上的粒子可以具有不同的尺寸。本专利技术的所述图像传感器单元的所述至少一个电极可以为互补型金属氧化物半 导体(CMOS)集成电路的一部分，或者为电耦合器件(CCD)的一部分。因此，控制单元可以 至少部分地集成在所述CM0S/C⑶中。附图说明为了理解本专利技术并了解在实践中如何进行实施，现在将参照附图，仅以非限制性 示例的形式对实施方式进行描述，在附图中图1为基于传统方法的夜视设备的示意图；图2为本专利技术的传感器单元设备的框图；图3A和图3B示出了本专利技术的传感器单元的具体结构的示例；图3C示出了本专利技术的传感器单元的另一示例；图4A和图4B示出了在本专利技术的传感器单元的操作中图像捕获阶段的原理；图5A至图5C示出了在本专利技术的传感器单元的操作中捕获图像读取阶段的原理；图5D例示了适于读取浮置栅极上积累的电荷的机电组件；图6A至图6C例示了如何使用聚焦效应增加传感器单元的灵敏度；图7A和图7B例示了对适于在本专利技术的传感器单元中使用的浮置栅极的确认；图8示出了浮置栅极的结构(诸如图7A-图7B中的、但具有两种不同的浮置栅极 粒子尺寸的浮置栅极)对传感器单元的灵敏度的影响。具体实施例方式参照图2，图2以框图的形式示出了根据本专利技术实施方式的传感器单元10。这样 的传感器单元可以用在图像传感器设备中，表现为像素矩阵中的像素单元。传感器单元10 使用光电发射(或电压增强光电发射)原理，用于直接将该单元所暴露于的输入光信号直 接转换为电输出，该电输出可以在合适的电子读出电路(如CMOS或CCD)执行或直接连接 至合适的电子读出电路(如CMOS或CCD)。该设备使得可以测量大范围的光强度，并可以适 于在用于测量低强度的光或对低强度的光进行成像的夜视传感器中使用。传感器单元10包括基于光电发射的、与电极的布置相关联的带电粒子源12。具体 地，本专利技术利用了电子在光电阴极和附加电极之间的空腔22中的自由空间传送，下面将针 对该应用进行描述。该空腔典型地为低压或真空介质，或者为任何其它介质，只要电极之间 的距离根据带电粒子(电子)在所述介质中的平均自由路径传送进行调整就行。这样，传感器单元10包括由电子源(一个或更多个光电阴极)12和一个或更多个 电极形成的电极组件，该一个或更多个电极用于吸引通过空腔22传送的电子。通常，该一 个或更多个电极可以由浮置的或非浮置的单个电极组成。在至少一个吸引电极为浮置电极 的情况下，可以以浮置电极上积累的电荷的形式获得表示光输入的电输出。接着可以直接 从所述电极读出该电荷或者作为与电极上的电荷有关的附加电极(阳极)上的相应电流而 读出该电荷。在图2的具体的而非限制性的示例中，电极组件包括浮置栅极(通常为至少一 个)14和至少一个阳极16。并且，在该示例中，在浮置栅极14上积累的电荷通过另外的产 生电流读取，传感器单元10与带电粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器单元，该图像传感器单元包括：电极组件，其被配置成能够操作用于接收输入光信号并产生相应的电信号，该电极组件包括：光电阴极，其具有能够响应于入射光而发射电子的有效区域；以及在从所述光电阴极发射出的电子的路径上的至少一个电极；以及控制单元，其被配置成能够操作用于控制所述路径上的电场分布，以选择性地使电子被捕获在所述至少一个电极上，导致在所述至少一个电极上积累与表示获得的图像的输入电磁信号相对应的电荷，并由此使得能够直接读取积累电荷；所述图像传感器单元由此提供光信号到表示该光信号的电信号的直接转换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-24 60/960,266一种图像传感器单元，该图像传感器单元包括电极组件，其被配置成能够操作用于接收输入光信号并产生相应的电信号，该电极组件包括光电阴极，其具有能够响应于入射光而发射电子的有效区域；以及在从所述光电阴极发射出的电子的路径上的至少一个电极；以及控制单元，其被配置成能够操作用于控制所述路径上的电场分布，以选择性地使电子被捕获在所述至少一个电极上，导致在所述至少一个电极上积累与表示获得的图像的输入电磁信号相对应的电荷，并由此使得能够直接读取积累电荷；所述图像传感器单元由此提供光信号到表示该光信号的电信号的直接转换。2.根据权利要求1所述的图像传感器单元，其中所述至少一个电极为阳极，从该阳极 读出与所述积累电荷对应的电流。3.根据权利要求1所述的图像传感器单元，其中所述至少一个电极为浮置电极，所述 电极组件包括至少一个阳极，所述至少一个阳极与所述浮置电极间隔开并用于在其中测量 与所述浮置电极上积累的电荷对应的电流。4.根据权利要求3所述的图像传感器单元，其中所述控制单元被配置成能够操作用于 使得在所述路径中产生朝着所述阳极的电子通量，并能够操作用于改变所述电场分布，使 得所述电子通量穿过带电的栅极，导致在所述阳极上形成指示所述积累电荷的电流。5.根据权利要求4所述的图像传感器单元，该图像传感器单元包括电子通量生成单 元，所述电子通量生成单元用于在所述路径中生成所述电子通量。6.根据权利要求5所述的图像传感器单元，其中，所述电子通量生成单元被配置为能 够操作用于通过场发射效应、光电发射效应或热发射效应产生所述电子通量。7.根据权利要求6所述的图像传感器单元，其中，所述电子通量生成单元包括用于对 所述光电阴极进行照射的发光器。8.根据权利要求3-7中任意一项所述的图像传感器单元，其中，所述电极组件能够依 次在第一模式和第二模式下操作，所述第一模式和第二模式分别用于以所述积累电荷的形 式获取图像数据和读取所述电荷，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃雷兹哈拉米，吉拉德迪亚曼特，塔马尔拉冯，
申请(专利权)人：诺瓦特安斯集团有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]