CN105424176A - 微光成像探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微光成像探测器包括：壳体（7）、输入窗口（1）、光电阴极层（2）、微通道板像增强器（3）、感应编码阳极（4）、真空电极（6）和电极引线（5），其中，输入窗口（1）和金属制壳体（7）构成密闭的高真空环境，所述光电阴极层（2）、微通道板像增强器（3）、感应编码阳极（4）和阳极引线（5）均置于高真空环境中；该微光成像探测器可以有效降低探测图像的像差，减少使用光学元件数量，提高成像质量，具有结构简单，设计合理，制备过程简单，制备效率高，质量好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及探测器领域，特别提供了一种微光成像探测器，适用于宇宙空间环境和常压下的大气环境，可以应用于太阳盲预警、空间天文观测、高压放电探测、火灾探测等。
背景技术
微光成像探测器在科学研究和国防建设上有广泛的应用。对于空间、国防和科学应用的微光成像光学仪器，需要采用少的光学元件、获得大的视场范围和获得大的系统的传输效率，以便减小仪器体积和重量，扩大仪器的视场范围，提高仪器的成像质量。
然而，以往的微光成像探测器存在光学元件数量多，制作过程复杂等问题。
因此，如何解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种小型化、大视场、高灵敏度的微光成像探测器，以至少解决以往成像探测器存在的光学元件数量多，制作过程复杂等问题。
本发明提供的技术方案，具体为，一种微光成像探测器，其特征在于，包括：
壳体7；
输入窗口1，其密封安装于所述壳体7的上端，且与所述壳体7之间构成高真空腔体11，所述输入窗口1的外表面为平面，内表面为曲面，且在所述内表面上镀制有光电阴极层2；
微通道板像增强器3，其设置于所述高真空腔体11内，位于所述输入窗口1的下方；
感应编码阳极4，其设置于所述高真空腔体11内，位于所述微通道板像增强器3的下方；
真空电极6，其通过电极引线5与所述感应编码阳极4连接。
优选，所述微通道板像增强器3整体呈曲面，且与所述输入窗口1的内表面形状一致。
进一步优选，所述输入窗口1的内表面与所述微通道板像增强器3均为非球面曲面。
进一步优选，所述微通道板像增强器3由至少两片微通道板31上下依次叠加构成。
进一步优选，所述光电阴极层2是由从紫外到红外波段的光电阴极材料制成。
进一步优选，所述感应编码阳极4为分体式感应编码阳极，包括：半导体感应阳极板41和紧贴安装于所述半导体感应阳极板41下方的编码阳极板42；
其中，所述半导体感应阳极板41由第一非金属材料板411以及镀制在所述第一非金属材料板411上表面的半导体材料412构成；
所述编码阳极板42由第二非金属材料板421以及制备于所述第二非金属材料板421上表面的编码阳极422构成。
进一步优选，所述第一非金属材料板411为石英板、陶瓷板或玻璃板中的一种；所述半导体材料412为锗或硅中的一种。
进一步优选，所述第二非金属材料板421为石英板、陶瓷板或玻璃板中的一种；所述编码阳极422为由金属薄膜制成的编码阳极图像。
进一步优选，所述输入窗口1由石英或MgF2等紫外波段透过材料制成。
进一步优选，所述壳体7由金属材料制成。
本发明提供的微光成像探测器，光线由输入窗口射入，并于输入窗口内表面的光电阴极层产生光电子，光电子经过微通道板像增强器可倍增到103倍以上，由感应编码阳极进行有效的接收，电极引线将不同编码阳极上产生的电荷信号传输到真空电极中，由真空电极将电荷信号输送到壳体外部，完成探测的目的。
本发明提供的微光成像探测器，具有以下积极效果：
1、可以接收光学系统产生的任意面形的图像，减少光学系统所用光学元件数量，消除像面上的部分像差，提高仪器的成像质量；
2、拓展了探测器的使用波段范围，提供了一种从紫外到近红外波段使用的微光成像探测器；
3、微光成像技术，增加探测灵敏度，提高探测信噪比；
4、采用分体式感应编码阳极，降低阳极制备工艺难度，提高阳极板的制备效率，保证制备质量；
5、真空密封壳体与编码阳极分离，真空密封壳体除窗口外均为导体，可以有效屏蔽外来电磁辐射，抗干扰能力强。
附图说明
图1为微光成像探测器的结构示意图。
具体实施方式
下面以具体的实施方案对本发明进行进一步解释，但是并不用于限制本发明的保护范围。
为了解决以往微光成像探测器所需光学元件数量多，制作过程复杂，探测灵敏度低等问题，本实施方案提供了一种微光成像探测器，参见图1，包括壳体7，在壳体7的上端密封安装有输入窗口1，且输入窗口1与壳体7之间形成了高真空腔体11，以保证探测器在高真空环境下工作，其中，输入窗口1作为一个光学元件，是仪器所使用的光学系统中的光学元件之一，在光学系统设计时根据使用者需求与其他光学元件一起进行设计优化，在本方案中将其设计为外表面为平面，内表面为曲面，且在所述内表面上镀制有从紫外到红外波段的光电阴极层2，该光电阴极层可以在紫外到近红外波段有较高光电转换效率，该光电阴极层的设计能够起到光电转换和消除部分像差的作用，减少所用光学元件的数量，提高了成像质量，而将其外表面设计为平面后易于加工和安装，内表面的曲面设计为了匹配更多光学系统，在高真空的腔体11内由上至下依次设置有微通道板像增强器3和感应编码阳极4，在感应编码阳极4上连接有电极引线5，电极引线5与真空电极6连接，其中，微通道板像增强器3与光电阴极层2之间的距离为0.01mm~1mm，工作时，在光电阴极层2微通道板像增强器3之间加100V~300V电压，在光电阴极层2产生的光电子可经过微通道板像增强器3倍增到103倍以上，由感应编码阳极4接收，经电极引线5和真空电极6输送到外部，完成光学探测。
为了增强微通道板像增强器3倍增光电阴极层2产生光电子数，作为技术方案的改进，所述微通道板像增强器3整体呈曲面，且与输入窗口1的内表面形状一致，均为非球面曲面，可设计为抛物面、双曲面、椭球面等面形，达到减小光学畸变和减少使用光学元件的目的。
作为技术方案的进一步改进，所述微通道板像增强器3可具体设计为由至少两片微通道板31上下依次叠加构成，如图1中所示为有3片微通道板上下叠加构成。
为了方便制作，保证感应编码阳极的制备质量，提高感应编码阳极的制备效率，作为技术方案的改进，感应编码阳极4为分体式感应编码阳极，包括：半导体感应阳极板41和紧贴安装于半导体感应阳极板41下方的编码阳极板42，其中，半导体感应阳极板41由第一非金属材料板411以及镀制在第一非金属材料板411上表面的半导体材料412构成；编码阳极板42由第二非金属材料板421以及制备于第二非金属材料板421上表面的编码阳极422构成。
其中，第一非金属材料板411为石英板、陶瓷板或玻璃板中的一种；半导体材料412为锗或硅中的一种；第二非金属材料板421为石英板、陶瓷板或玻璃板中的一种；编码阳极422为由金属薄膜制成的编码阳极图像。
为了避免探测器受外部电磁辐射对探测器的影响，作为技术方案的改进，所述输入窗口1由石英或MgF2等紫外波段透过材料制成，而壳体7由金属材料制成。
上述各个实施方案是按照递进的方式进行撰写，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。
下面以具体的实施例对本发明进行更进一步的详细介绍，但是并不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，为一种微光成像探测器包括：壳体7、输入窗口1、光电阴极层2、微通道板像增强器3、感应编码阳极4、真空电极6和电极引线5，其中，输入窗口1、真空电极6和金属制壳体7构成密闭的高真空环境，保证探测器在大气或者宇宙空间环境均可以正常工作，且具有良好的电磁兼容特性，所述光电阴极层2、微通道板像增强器3、感应编码阳极4和阳极引线5均置于高真空环境中。
上述输入窗口1外表面为平面，内表面为非球面曲面，输入窗口厚度1.5mm以上，保证输入窗口的强度；输入窗口材料为熔融石英，保证紫外到近红外辐射可以透过窗口照射到光电阴极上。输入窗口作为一个光学元件，是仪器的光学系统的组成部分之一，与仪器的光学系统其他光学元件共同进行优化设计，可以设计成抛物面、双曲面、椭球面等面形，达到减小光学畸变和减少使用光学元件的目的。
在输入窗口内表面上镀制紫外到红外波段有高光电转换效率的光阴极材料构成光电阴极层2，本实施例中光电阴极层与窗口内表面形状一致为非球面，可以有效降低接收图像像差，减少光学仪器所用光学元件数量，提高成像质量。
上述微通道板像增强器3是由两片或者多片与输入窗口1内表面相同面形的非球面构成，从探测器的上端观看，如果非球面光电阴极为向下凸起的凸面，则非球面微通道板像增强器为向下凹陷的凹面，光电阴极层和微通道板像增强器之间的距离小于1mm，且在光电阴极层和微通道板像增强器之间加100V~300V的加速电压，这样可以有效的减小经过光电阴极转换后的像信号传递函数降低，保证成像质量。
上述感应编码阳极4是由半导体感应阳极板和编码阳极板构成，半导体感应阳极板是在非金属平板上镀制半导体材料制备而成，半导体材料可以是锗或者硅等半导体材料，半导体材料的方块电阻为80MΩ/□~800MΩ/□，非金属平板厚度为1mm~2mm；编码阳极板是在平板非金属材料上制备精细编码阳极制备而成，精细编码阳极为楔条形、Vernier形或者其它形式，阳极板厚度同样在1mm~2mm之间，半导体感应阳极板与编码阳极板紧贴安装；
上述电极引出线5为导电性能良好的金属导线，将其与编码板上的阳极连接，导出光电信号，导线柔软、长度适中。
上述真空电极6为安装在高真空壳体7上的电极，其可以将光电信号输出到金属真空壳体外部，且不破坏探测器内部的真空环境。
上述壳体7是由导电性能良好的金属材料制备而成，其与输入窗口1和真空电极6真空封接构成探测器内部的高真空环境，同时高真空壳体还起到电磁屏蔽作用，可以有效屏蔽为外来电磁辐射对探测器的干扰。
Claims (10)
1.一种微光成像探测器，其特征在于，包括：
壳体（7）；
输入窗口（1），其密封安装于所述壳体（7）的上端，且与所述壳体（7）之间构成高真空腔体（11），所述输入窗口（1）的外表面为平面，内表面为曲面，且在所述内表面上镀制有光电阴极层（2）；
微通道板像增强器（3），其设置于所述高真空腔体（11）内，位于所述输入窗口（1）的下方；
感应编码阳极（4），其设置于所述高真空腔体（11）内，位于所述微通道板像增强器（3）的下方；
真空电极（6），其通过电极引线（5）与所述感应编码阳极（4）连接。
2.按照权利要求1所述微光成像探测器，其特征在于：所述微通道板像增强器（3）整体呈曲面，且与所述输入窗口（1）的内表面形状一致。
3.按照权利要求2所述微光成像探测器，其特征在于：所述输入窗口（1）的内表面与所述微通道板像增强器（3）均为非球面曲面。
4.按照权利要求1~3任一所述微光成像探测器，其特征在于：所述微通道板像增强器（3）由至少两片微通道板（31）上下依次叠加构成。
5.按照权利要求1所述微光成像探测器，其特征在于：所述光电阴极层（2）是由从紫外到红外波段的光电阴极材料制成。
6.按照权利要求1所述微光成像探测器，其特征在于，所述感应编码阳极（4）为分体式感应编码阳极，包括：半导体感应阳极板（41）和紧贴安装于所述半导体感应阳极板（41）下方的编码阳极板（42）；
其中，所述半导体感应阳极板（41）由第一非金属材料板（411）以及镀制在所述第一非金属材料板（411）上表面的半导体材料（412）构成；
所述编码阳极板（42）由第二非金属材料板（421）以及制备于所述第二非金属材料板（421）上表面的编码阳极（422）构成。
7.按照权利要求6所述微光成像探测器，其特征在于：所述第一非金属材料板（411）为石英板、陶瓷板或玻璃板中的一种；所述半导体材料（412）为锗或硅中的一种。
8.按照权利要求6所述微光成像探测器，其特征在于：所述第二非金属材料板（421）为石英板、陶瓷板或玻璃板中的一种；所述编码阳极（422）为由金属薄膜制成的编码阳极图像。
9.按照权利要求1所述微光成像探测器，其特征在于：所述输入窗口（1）由石英材料制成。
10.按照权利要求1所述微光成像探测器，其特征在于：所述壳体（7）由金属材料制成。
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