[发明专利]一种电子轰击成像型光电器件及高速相机

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容