RU137423U1 - HYBRID PHOTOSENSITIVE DEVICE FOR REGISTRATION OF IMAGES OF A LOW LIGHT LEVEL - Google Patents
HYBRID PHOTOSENSITIVE DEVICE FOR REGISTRATION OF IMAGES OF A LOW LIGHT LEVEL Download PDFInfo
- Publication number
- RU137423U1 RU137423U1 RU2013134713/07U RU2013134713U RU137423U1 RU 137423 U1 RU137423 U1 RU 137423U1 RU 2013134713/07 U RU2013134713/07 U RU 2013134713/07U RU 2013134713 U RU2013134713 U RU 2013134713U RU 137423 U1 RU137423 U1 RU 137423U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocathode
- matrix
- input window
- anode
- photosensitive device
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
Abstract
Гибридный фоточувствительный прибор, состоящий из вакуумного герметичного корпуса, входного окна с фотокатодом и расположенного напротив фотокатода анода, представляющего собой основание с закрепленной на нем электроночувствительной матрицей формирования изображения, с соответствующими средствами обеспечения ускоряющего напряжения между фотокатодом и анодом, а также средствами считывания сигнала с матрицы и вывода его за пределы герметичного корпуса, отличающийся тем, что входное окно выполнено чашеобразной формы, выступающей внутрь корпуса по направлению к матрице формирования изображения, с плоским дном, на которое нанесен фотокатод, с боковой частью в форме боковой поверхности усеченного конуса и с выступающим краем, служащим для крепления входного окна к вакуумному герметичному корпусу.A hybrid photosensitive device consisting of a vacuum sealed enclosure, an input window with a photocathode and anode located opposite the photocathode, which is a base with an electron-sensitive image forming matrix attached to it, with appropriate means of providing an accelerating voltage between the photocathode and anode, as well as means for reading the signal from the matrix and its withdrawal outside the sealed enclosure, characterized in that the input window is made in a cup-shaped shape, protruding tr housing toward the imaging array with a flat bottom, on which a photocathode is applied, with the side part in the form of a truncated cone lateral surface and with a projecting edge, which serves for fixing the entrance window to the vacuum sealed housing.
Description
Полезная модель относится к гибридным фоточувствительным приборам, предназначенным для регистрации изображений низкого уровня освещенности. Данные системы могут быть использованы в научно-исследовательских целях, для специальных применений, а так же в гражданской индустрии.The utility model relates to hybrid photosensitive devices for recording images of low light levels. These systems can be used for research purposes, for special applications, as well as in the civilian industry.
Из уровня техники известны гибридные фоточувствительные приборы для регистрации изображений, состоящие из вакуумного герметичного корпуса, входного окна с фотокатодом и расположенного напротив фотокатода анода, представляющего собой основание с закрепленной на нем электронночувствительной матрицей формирования изображения. Принцип работы данного прибора заключается в следующем: излучение, проходя через входное окно, поступает на фотокатод, где за счет фотоэффекта преобразуется в поток электронов. Далее, поток электронов под действием приложенного напряжения вылетает из фотокатода, разгоняется, и попадает на электронночувствительную матрицу формирования изображения, где преобразуется в усиленный электрический сигнал. Электронночувствительная матрица представляет собой твердотельный фоточувствительный сенсор с утоненной подложкой, развернутой к потоку электронов. Сигнал формируется в результате облучения такой матрицы электронами со стороны утоненной подложки.Hybrid photosensitive devices for recording images consisting of a vacuum sealed enclosure, an input window with a photocathode and an anode opposite the photocathode, which is a base with an electron-sensitive image forming matrix attached to it, are known in the art. The principle of operation of this device is as follows: radiation passing through the input window enters the photocathode, where, due to the photoelectric effect, it is converted into an electron stream. Further, the electron flux under the action of the applied voltage flies out of the photocathode, accelerates, and enters the electron-sensitive image forming matrix, where it is converted into an amplified electrical signal. The electron-sensitive matrix is a solid-state photosensitive sensor with a thinned substrate, deployed to the flow of electrons. The signal is formed as a result of irradiation of such a matrix with electrons from the side of the thinned substrate.
Так, например, известен патент US №6657178 от 2.12.2003 фирмы Intevac (US), в котором описан гибридный фоточувствительный прибор для регистрации изображений низкого уровня освещенности. Прибор имеет входное окно, выполненное в виде прозрачной пластины, на внутренней стороне которой расположен фотокатод.For example, patent US No. 6657178 dated December 2, 2003 by Intevac (US) is known, which describes a hybrid photosensitive device for recording images of low light levels. The device has an input window made in the form of a transparent plate, on the inner side of which there is a photocathode.
Недостаток данного технического решения заключается в невозможности получения большого коэффициента усиления за счет приложения большой разности потенциалов между фотокатодом и основанием матрицы.The disadvantage of this technical solution is the impossibility of obtaining a large gain due to the application of a large potential difference between the photocathode and the base of the matrix.
В самом деле, усиление в приборе обеспечивается за счет увеличения энергии потока электронов, разгоняемого под действием разности потенциалов между фотокатодом и анодом. Для того чтобы подать напряжение на фотокатод и анод в герметичном корпусе из изоляционного материала (например, керамики), как правило, монтируют специальные металлические кольца, т.н. контактные кольца. Таким образом, корпус прибора состоит из контактных металлических колец и керамического изолятора между ними. Напряжение подается на соответствующие электроды прибора через контактные кольца. Максимальная разность потенциалов между контактными кольцами ограничивается толщиной изолятора между ними. Чем больше толщина изолятора, тем большую разность потенциалов можно обеспечить.In fact, the gain in the device is ensured by increasing the energy of the electron flow accelerated by the potential difference between the photocathode and the anode. In order to apply voltage to the photocathode and anode in a sealed enclosure made of insulating material (for example, ceramic), as a rule, special metal rings are mounted, the so-called contact rings. Thus, the housing of the device consists of contact metal rings and a ceramic insulator between them. Voltage is supplied to the corresponding electrodes of the device through slip rings. The maximum potential difference between the contact rings is limited by the thickness of the insulator between them. The greater the thickness of the insulator, the greater the potential difference can be achieved.
С другой стороны, для данной конструкции расстояние между контактными кольцами зависит от расстояния между фотокатодом и матрицей. Но для формирования качественного изображения зазор между фотокатодом и матрицей должен быть как можно меньше. Чем меньше расстояние между фотокатодом и матрицей, тем слабее рассеивается поток электронов, и, соответственно, качество передачи изображения с фотокатода на матрицу улучшается.On the other hand, for this design, the distance between the contact rings depends on the distance between the photocathode and the matrix. But for the formation of a high-quality image, the gap between the photocathode and the matrix should be as small as possible. The smaller the distance between the photocathode and the matrix, the weaker the electron flux is scattered, and, accordingly, the image transmission quality from the photocathode to the matrix improves.
Таким образом, в вышеописанном приборе невозможно увеличить коэффициент усиления за счет увеличения напряжения между фотокатодом и матрицей, так как расстояние между контактными кольцами достаточно мало.Thus, in the above-described device, it is impossible to increase the gain by increasing the voltage between the photocathode and the matrix, since the distance between the contact rings is quite small.
В патенте Франции №2677808 (выдан 18.12.1992, патентообладатель Thomson Composants Militaires [Fr]), описан гибридный фоточувствительный прибор, в котором матрица приподнята над основанием на специальной подставке, за счет чего достигается необходимое сокращение расстояния до фотокатода при увеличении расстояния между контактными кольцами. При этом контакты матрицы выполнены по технологии flip-chip и представляют собой т.н. индиевые столбики. Недостаток данного технического решения заключается в том, что задача вакуумирования такого прибора существенно усложняется. В общепринятой технологии вакуумирования необходим прогрев элементов при высокой температуре для хорошего обезгаживания прибора и получения высокой электрической прочности. А в данном случае прогрев прибора при высокой температуре не допустим, т.к. выводы, сделанные по стандартной технологии flip-chip, плавятся.French patent No. 2677808 (issued December 18, 1992, patent holder of Thomson Composants Militaires [Fr]) describes a hybrid photosensitive device in which the matrix is raised above the base on a special stand, thereby achieving the necessary reduction in the distance to the photocathode with increasing distance between the contact rings . Moreover, the matrix contacts are made using flip-chip technology and are the so-called. indium columns. The disadvantage of this technical solution is that the task of evacuating such a device is significantly complicated. In the conventional technology of evacuation, heating of elements at a high temperature is necessary for good degassing of the device and obtaining high electrical strength. And in this case, heating the device at high temperature is not permissible, because conclusions made using standard flip-chip technology melt.
Создание выводов методом ультразвуковой разварки является технологически сложным процессом для такой конструкции основания, т.к. выводы приходится монтировать не на плоскости, а внутри трапециевидного основания.Making conclusions by ultrasonic welding is a technologically complex process for such a base design, because conclusions must be mounted not on the plane, but inside the trapezoidal base.
Задача, решаемая в данной полезной модели, состоит в создании гибридного фоточувствительного прибора для регистрации изображений низкого уровня освещенности. Технический результат заключается в достижении значительного коэффициента усиления гибридного фоточувствительного прибора, в увеличении отношения сигнал/шум, улучшении разрешающей способности, так же в обеспечении электрической прочности и повышении пробивного напряжения корпуса при сокращении расстояния между фотокатодом и анодом и без усложнения конструкции основания матрицы.The problem solved in this utility model is to create a hybrid photosensitive device for recording images of low light levels. The technical result is to achieve a significant gain of the hybrid photosensitive device, to increase the signal-to-noise ratio, to improve the resolution, to also provide electric strength and increase the breakdown voltage of the case while reducing the distance between the photocathode and the anode and without complicating the design of the matrix base.
Это достигается за счет того, что в гибридном фоточувствительном приборе, состоящем из вакуумного герметичного корпуса, входного окна с фотокатодом и расположенного напротив фотокатода анода, представляющего собой основание с закрепленной на нем электронночувствительной матрицей формирования изображения, с соответствующими средствами обеспечения ускоряющего напряжения между фотокатодом и анодом, а так же с средствами считывания сигнала с матрицы и вывода его за пределы герметичного корпуса, согласно настоящей полезной модели, входное окно выполнено чашеобразной формы, выступающей внутрь корпуса по направлению к матрице формирования изображения, с плоским дном, на которое нанесен фотокатод, с боковой частью в форме боковой поверхности усеченного конуса и с выступающим краем, служащим для крепления входного окна к вакуумному герметичному корпусу.This is achieved due to the fact that in a hybrid photosensitive device consisting of a vacuum sealed enclosure, an input window with a photocathode and anode located opposite the photocathode, which is a base with an electron-sensitive image forming matrix attached to it, with appropriate means for providing accelerating voltage between the photocathode and anode , as well as with means for reading the signal from the matrix and outputting it outside the sealed enclosure, according to this utility model, the input th window is made cup-shaped, projecting inside the housing toward the imaging array with a flat bottom, on which a photocathode is applied, with the side part in the form of a truncated cone lateral surface and with a projecting edge, which serves for fixing the entrance window to the vacuum sealed housing.
Данное техническое решение изображено на рис. 1.This technical solution is shown in Fig. one.
Гибридный фоточувствительный прибор содержит герметичный вакуумный корпус 1, входное окно 2, выступающее внутрь корпуса 1 фотокатодом 3 по направлению к аноду, представляющему собой основание 4 с расположенной на нем электронночувствительной матрицей формирования изображения 5 (ЭЧ матрица). В качестве матрицы формирования изображения может быть использована электронночувствительная ПЗС-матрица или КМОП-матрица. Входное окно 2 выполнено чашеобразной формы с плоским дном 6, на которое нанесен фотокатод 3, с боковой частью 7 в форме боковой поверхности усеченного конуса и выступающим краем 8, служащим для крепления входного окна к корпусу 1.The hybrid photosensitive device contains a sealed
Вакуумный герметичный корпус 1 состоит из металлических контактных колец 9 и 10 и керамического изолятора 11, расположенного между ними. Благодаря специфической конструкции входного окна обеспечивается возможность развести контактные кольца 9 и 10 на необходимое расстояние, сохраняя при этом малым промежуток между фотокатодом 3 и ЭЧ матрицей 5.The vacuum sealed
Высота корпуса 1 зависит от значения подаваемого напряжения. Например, если необходимо подать напряжение в диапазоне 5-7 кВ, притом что электрическая прочность керамики составляет 1 кВ/мм, выбирается высота изолятора 8,5 мм, что с запасом обеспечивает требование электрической прочности прибора. При необходимости подачи большего напряжения расстояние между контактными кольцами можно еще увеличить.The height of the
Боковая часть 7 и плоское дно 6 входного окна 2 как минимум частично покрыты электродом 12, соединяющим фотокатод 3 с металлическим контактным кольцом 9 через индиевую прослойку 13, служащую для герметизации прибора. Электрод 12 изготавливают, например, путем напыления хрома как минимум частично на боковую часть 7 и частично плоское дно 6. Выступающий край 8 соединяет входное окно с металлическим контактным кольцом 9. Входное окно 2 сделано из прозрачного материала, например, из стекла или кварца.The
Прибор работает следующим образом. Для включения прибора на промежуток между фотокатодом и анодом подают разность потенциалов более 7 кВ. Это достигается за счет того, что на контактные кольца 9 и 10 герметичного корпуса подают напряжение, например на контактное кольцо 9 подают отрицательное напряжение более -7 кВ, тогда как второе контактное кольцо 10 заземлено. Напряжение через электрод 12 поступает на фотокатод 3 и обеспечивает формирование электрического поля между фотокатодом 3 и матрицей 5.The device operates as follows. To turn on the device, a potential difference of more than 7 kV is supplied to the gap between the photocathode and anode. This is achieved due to the fact that voltage is applied to the
Электромагнитное излучение, проходя через плоское дно 6 входного окна 2, поступает на фотокатод 3, где в результате фотоэффекта образуются электроны. Под действием электрического поля электроны вылетают из фотокатода 3 по направлению к электронночувствительной матрице формирования изображения 5, на промежутке между фотокатодом и ЭЧ матрицей разгоняются за счет ускоряющего напряжения и бомбардируют ЭЧ матрицу 5 со стороны утоненной подложки, в результате чего формируется усиленный электрический сигнал. Данный сигнал считывается и выводится за пределы герметичного вакуумного корпуса 1 посредством специальных электродов (на рис.не показаны).Electromagnetic radiation, passing through the
За счет приложения большого ускоряющего напряжения между фотокатодом 3 и матрицей 5, обеспеченного конструкцией входного окна, достигается значительный коэффициент усиления, достаточный для регистрации сигналов низкого уровня освещенности, а так же увеличение отношения сигнал/шум за счет усиления полезного сигнала. При этом за счет увеличенной толщины изолятора 11 между контактными кольцами обеспечивается повышение электрической прочности и пробивного напряжения прибора.Due to the application of a large accelerating voltage between the
Благодаря форме входного окна 2 можно придать плоскому дну 6 оптимальную толщину, с одной стороны обеспечивающую необходимую прочность входного окна 2, а с другой достаточно тонкую, чтобы электромагнитное излучение меньше поглощалось при прохождении сквозь входное окно. При прохождении излучения сквозь толщу входного окна из-за неизбежных внутренних дефектов материала возникают эффекты преломления и рассеивания света, при этом снижается качество и интенсивность входного сигнала. Эти эффекты становятся существенными при регистрации изображений низкого уровня освещенности, где требуется высокое качество работы прибора на каждом этапе - от регистрации изображения фотокатодом до считывания его матрицей. Чем меньше путь света сквозь толщу входного окна, тем меньше внутренних дефектов на пути следования излучения, следовательно, тем меньше происходит поглощение и рассеивание света, благодаря чему улучшается чувствительность и разрешающая способность прибора.Due to the shape of the
Входное окно выполнено прозрачным для излучения той области спектра, которую необходимо регистрировать. Например, для ультрафиолетовой области спектра входное окно изготавливают из кварца или увиолевого стекла. Так же входное окно может быть изготовлено из таких материалов, которые являются удобными подложками для фотокатодов на основе гетероструктур (например, сапфировые подложки). Входное окно выполнено цельным, благодаря этому так же снижается количество внутренних дефектов и повышается качество принимаемого сигнала.The input window is made transparent for the radiation of the spectral region that must be recorded. For example, for the ultraviolet region of the spectrum, the entrance window is made of quartz or uviole glass. Also, the input window can be made of materials that are convenient substrates for hetero-structured photocathodes (for example, sapphire substrates). The input window is made whole, due to this, the number of internal defects is also reduced and the quality of the received signal is increased.
Таким образом, за счет данной полезной модели достигается значительный коэффициент усиления гибридного фоточувствительного прибора, увеличивается отношение полезного сигнала к шумовым помехам (отношение сигнал/шум), улучшается разрешающая способность, а так же обеспечивается повышение электрической прочности и пробивного напряжения корпуса при сокращении расстояния между фотокатодом и анодом и без усложнения конструкции основания матрицы.Thus, due to this utility model, a significant gain of the hybrid photosensitive device is achieved, the ratio of the useful signal to noise interference (signal-to-noise ratio) is increased, the resolution is improved, and the electric strength and breakdown voltage of the case are also improved while the distance between the photocathode is reduced and the anode and without complicating the design of the base of the matrix.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013134713/07U RU137423U1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | HYBRID PHOTOSENSITIVE DEVICE FOR REGISTRATION OF IMAGES OF A LOW LIGHT LEVEL |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013134713/07U RU137423U1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | HYBRID PHOTOSENSITIVE DEVICE FOR REGISTRATION OF IMAGES OF A LOW LIGHT LEVEL |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU137423U1 true RU137423U1 (en) | 2014-02-10 |
Family
ID=50032632
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013134713/07U RU137423U1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | HYBRID PHOTOSENSITIVE DEVICE FOR REGISTRATION OF IMAGES OF A LOW LIGHT LEVEL |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU137423U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571004C2 (en) * | 2014-03-06 | 2015-12-20 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" | High-voltage photosensitive device of proximity type |
-
2013
- 2013-07-23 RU RU2013134713/07U patent/RU137423U1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571004C2 (en) * | 2014-03-06 | 2015-12-20 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" | High-voltage photosensitive device of proximity type |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2177360A (en) | Optical image intensifier | |
RU137423U1 (en) | HYBRID PHOTOSENSITIVE DEVICE FOR REGISTRATION OF IMAGES OF A LOW LIGHT LEVEL | |
US10790128B2 (en) | Phototube and method of making it | |
RU2538273C1 (en) | Hybrid photosensitive device for recording low-luminance images | |
JP5739763B2 (en) | Photoconductive element and imaging device | |
US2212923A (en) | Picture transmitter | |
CN109425436B (en) | Solar blind ultraviolet single photon imaging system and method | |
US2617058A (en) | Television transmitting tube | |
US2146822A (en) | Television | |
JP5111276B2 (en) | Imaging device | |
JP4675578B2 (en) | Image pickup device and image pickup apparatus using the same | |
RU2571004C2 (en) | High-voltage photosensitive device of proximity type | |
US2617954A (en) | Pickup tube | |
RU2431120C2 (en) | Internal gain ir image raster receiver | |
RU2476952C2 (en) | Electro-optical converter | |
US2973445A (en) | Device for detection, conversion, and amplification of x-ray images | |
JP2010212087A (en) | Imaging element, and radiation resistant camera | |
RU141372U1 (en) | HIGH VOLTAGE HYBRID PHOTOSENSITIVE INSTRUMENT FOR REGISTRATION OF RADIATION OF LOW INTENSITY | |
JP2007184119A (en) | Electron tube | |
CN110047860B (en) | Ray image sensor | |
RU143142U1 (en) | HIGH VOLTAGE PHOTOSENSITIVE PROXIMITY TYPE TYPE | |
JP5000254B2 (en) | Imaging device | |
JP2009123423A (en) | Imaging device | |
US2172726A (en) | Electronic image transmission | |
RU145646U1 (en) | INFRARED VIDICON FOR REGISTRATION OF RADIATIONS OF SMALL INTENSITY |