CN1943000A - 增强型混合固态传感器 - Google Patents

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鲁道夫·G·本茨
尼尔斯·I·托马斯
阿林恩·W·史密斯
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Abstract

增强型固态成像传感器(41)包括用于将来自图像的光转化成电子的光阴极(54)、用于接收来自光阴极的电子的电子增倍器(53)，以及包括通过电子增倍器的多个通道接收来自电子增倍器的电子的多个像素的固态图像传感器(56)。固态图像传感器自从电子增倍器接收的电子产生增强图像信号。多个通道布置在多个通道图案中，以及多个像素布置在多个像素图案中。将多个通道图案的每一个映射到多个像素图案的相应一个，使得基本上通过多个像素图案的相应一个接收来自多个通道图案的每一个的电子信号。

Description

增强型混合固态传感器
相关申请
本发明是以发明人Rudolph G.Benz，Nils I.Thomas和Arlynn W.Smith的名义在2001年9月9日提交的，转让给本申请的受让人的，题目为“具有绝缘层的增强型混合固态传感器”，的未审美国专利申请09/973,907的部分继续申请，并在该申请中引作参考。
技术领域
本申请涉及一种增强型混合固态传感器。更尤其是，本发明涉及一种图像增强器，其使用以密切地物理接近微通道板(MCP)和光阴极连接的CMOS或者CCD感知器件。
背景技术
本发明涉及使用固态传感器的图像增强器件领域，例如CMOS或者CCD器件。使用图像增强器件增强低强度的光或者将非可见光转化成容易看见的图像。图像增强器件对于从红外光提供图像尤其有用，并具有很多工业和军事上的用途。例如，图像增强管可用于增强飞行员的夜间视力，用于拍摄天体和用于提供视网膜色素变性患者(夜盲症)的夜间视觉。
在现有技术中有三种类型的已知图像增强器件：用于照相机的图像增强管、所有固态CMOS和CCD传感器以及混合EBCCD/CMOS(电子轰击的CCD或者CMOS传感器)。
图像增强管是公知的并在很多工业中广泛使用。参考图1，示出了现有技术中第III代(GEN III)图像增强管10的电流状态。在Naselli等人的标题为“REPLACEMENT DEVICE FOR A DRIVER′S VIEWER”的美国专利号5029963和Phillips的标题为“TELESCOPIC SIGHT FORDAYLIGHT VIEWING”的美国专利508,4780中例举了现有技术的这种GEN III图像增强管的例子。所示出的并在两个引证参考文献中的GENIII图像增强管10现在是由ITT公司(这里为受让人)制造的类型。在图1所示的增强管10中，红外能量撞击光阴极12。光阴极12是由其一侧涂敷有抗反射层16的玻璃面板14、镓铝砷(GaAlAs)窗口层17和砷化镓(GaAs)活性层18构成的。GaAs活性层18吸收红外能量，由此导致产生电子/空穴对。然后将产生的电子通过存在于GaAs活性层18上的负电子亲合力(NEA)层20发射到真空壳体20中。
微通道板(MCP)24设置在真空壳体22内，和光阴极12的NEA涂层20相邻。通常，MCP 24是由具有导电输入表面26和导电输出表面28的玻璃构成的。一旦电子离开光阴极12，由于输入表面26和光阴极12之间的大约300到900伏特的电势差，所以电子朝着MCP 24的输入表面26加速。当电子轰击MCP 24的输入表面26时，在MCP 24内产生二次电子。MCP 24可以产生几百个电子，每个电子进入输入表面26。MCP 24经受输入表面26和输出表面28之间的电势差，该电势差通常为1100伏特，因而电势差能够使电子倍增。
当倍增的电子离开MCP 24时，由于荧光屏30和输出表面28之间的大约4200伏特的电势差，所以电子通过真空壳体22加速朝向荧光屏30。当电子撞击荧光屏30时，每个电子产生很多光子。对于光转换器元件31的输出表面28上的图像增强管10，光子产生输出图像。
例如图1中所示的那些图像增强器对于其它形式的图像增强器具有优点。首先，增强器具有对数增益曲线。也就是，当输入光等级增加时，增益减小。尤其当强光处于和弱光相同的景象时，这和人眼响应相匹配。大部分固态器件具有线性响应，也就是，光线越亮输出信号越强。结果是，亮光对于固态系统的观察者显示得更亮，并倾向于冲洗景象。可以改变固态传感器，以随着输入光的增强产生增益减少，然而，这需要使用模板或者使用消除模糊控制改变放大器增益。
图像增强器的另一优点是在输入光等级的很大范围上起作用的能力。电源可以控制阴极电压并由此改变增强管的增益以符合景象。因此，增强管可以从阴天的星光到白天的条件运行。
然而，图像增强器/I2照相机遭受很多不利条件。荧光屏的电子光产生低对比度的图像。这导致了当通过图像增强器观看时，人观察者或者固态传感器对物体的观察模糊。尽管对于图像增强器的进一步发展已经在某种程度上减少了这种不足，但是固态传成像器通常具有更好的性能。
图像增强器/I2照相机的另一缺点是“晕圈”。晕圈源自于从MCP或者显示屏反射的电子。然后放大反射的电子，并转化成围绕原始图像的圆环形的光。在显象管中，对于最近制造的显象管已经将来自从MCP反射的电子的晕圈降低到可以忽略的效果。然而，来自显示屏部分的晕圈仍然存在，尽管没有到阴极晕圈的程度。尽管如此，当CCD或者CMOS阵列耦合到图像增强器时，在成像系统中显示屏晕圈仍然是严重的缺陷。这是因为这些阵列对于显示屏晕圈中的低亮度级比人眼更敏感。
另一缺点是图像增强器不具有提供电子读出的方法。电子读出是所期望的，这可以使得来自热传感器的影像可以和增强影像组合在一起，从而可以同时观看到来自两个光谱的信息。一种方案是通过将CCD或者CMOS阵列耦合到图像增强管产生I2照相机。当固态器件耦合到显象管时，构成的照相机已经具有显象管的所有性能缺点：由于耦合的低效率和对于照相机的显象管增加的成本导致了低对比度、通常不良的有限分辨率。
固态器件通常包括CCD或者CMOS。它们起到直接检测光、将信号电传送给固态放大器，然后在电视机类型的显象管或者显示器例如液晶显示器上显示图像的作用。图2a和2b示出了典型CCD传感器的流程图和示意图。
CCD和CMOS传感器是固态器件；也就是没有真空壳体，并且输出的是必须在其它地方而不是在传感器内显示的电信号。固态器件以5-15伏特的电源运行。光在标记为“s”的各个像素中被检测，并转换成存储在像素中的电子，直到将像素读到存储寄存器上。然后从存储寄存器传送包含在多个像素中的电子信息到一读出寄存器，然后到输出放大器，以及然后到视频显示器，例如阴极射线管。
所有固态器件的缺点是不良的低亮度级性能、来自亮光源的可能模糊现象、不良的有限分辨率和高功耗。不良的低亮度性能是由于暗电流和由于低信噪比导致的读出噪声。如果在读出之前提供信号增益机构，应该能避免这种问题，因为将存在足够的信号来克服噪声源。在读出之前，固态器件结构通常不允许放大器部分。不良的有限分辨率是由于在试图收集大信号并由此增加信噪比中通常选择的大像素尺寸导致的。这些不足明显地阻止了在夜间视觉应用中固态传感器的使用。和图像增强器/I2照相机相比，固态器件的优点是更好的图像对比度，电子读出的有效性、低成本，尤其是当固态传感器是CMOS阵列时。
可以看出的是，图像增强器和固态传感器的强度和弱点彼此接受，并且理论上两个器件的组合将给出更好的性能。作为图像增强器/I2照相机和固态传感器的替换提出的一种这样的组合是电子轰击的CCD/CMOS传感器(EBCCD/CMOS)。该器件是由光阴极和显象管的主壳体构成的，以及或者是集成到该壳体中的CCD或者CMOS传感器。在图3中示出了EBCCD/CMOS传感器的示意性例子。在阴极和固态传感器之间施加高电压，使得通过电子轰击，得到的电子在固态传感器中的硅中被放大。
EBCCD/CMOS的优点是它提供了电子读出。但是缺点是很多的。首先，景象内动态范围受到压缩。这意味着，和图像增强器/I2照相机以及所有固态器件相比，当亮物体紧挨着暗物体时，降低了景象内的总对比度。第二，传感器遭受由于从固态传感器反射的电子导致的围绕亮光的图像的“晕圈”劣化。该晕圈存在于普通的显象管中；然而，技术的进步已将晕圈降低到几乎不存在的程度。第三，随着时间的推进，需要运行器件的非常高电压(2-10kV)破坏了引起性能减弱的硅表面。
因此，本发明的目的是提供一种增强型混合固态传感器，其组合了图像增强器、良好信噪比和高对数增益的功能，以及互补金属氧化物半导体(CMOS)或者电荷耦合器件(CCD)的电子读出功能。
发明内容
根据本发明的示例性实施例，增强型固态成像传感器包括用于将来自图像的光转化成电子的光阴极。增强型固态成像传感器还包括用于接收来自光阴极的电子的电子增倍器。该电子增倍器输出的电子数量多于该电子倍增器从光阴极接收的电子数量。增强型固态成像传感器还包括固态图像传感器，该图像传感器包括通过电子增倍器的多个通道接收来自电子增倍器的电子的多个像素。固态图像传感器从电子增倍器接收的电子产生增强图像信号。在多个通道图案(pattern)中布置多个通道，以及在多个像素图案中布置多个像素。将多个通道图案的每一个映射(map)到多个像素图案的相应一个，使得基本上通过多个像素图案的单个接收来自多个通道图案的每一个的电子信号。
附图说明
为了更清楚地理解本发明，将参考附图更具体地披露，其中：
图1是典型图像增强管的示意图；
图2A是典型CCD传感器的流程图；
图2B是典型CCD成像表面的示意图；
图3是典型电子轰击的CCD器件的横截面图；
图4A是根据本发明的增强型混合固态传感器的横截面图；
图4B是根据本发明的增强型混合固态传感器的示意图；
图5A是用于本发明中的微通道板(MCP)和背面变薄的CCD的示意图；
图5B是用于本发明中的微通道板(MCP)和标准CCD的示意图；
图5C是和本发明一起使用的CMOS型图像传感器的透视图；
图6A是具有圆形轮廓和CMOS井的MCP通道的透视图；
图6B是具有正方形轮廓和CMOS井的MCP通道的透视图；
图7A是根据本发明的传感器表面的每单位面积上大像素/小MCP通道间距的示意性顶视图；
图7B是根据本发明传感器表面的每单位面积上一对一像素对MCP通道的示意性顶视图；
图7C是根据本发明传感器表面的每单位面积上小CMOS像素间距/大MCP通道的示意性顶视图；
图8示出了电子增倍器通道图案和在描述本发明的示例性实施例的优点时使用的图像传感器像素图案不对准；
图9A是根据本发明的示例性实施例的对准的电子增倍器通道图案和根据本发明的示例性实施例的图像传感器像素图案的方框图；
图9B是根据本发明的另一示例性实施例的另一对准的电子增倍器通道图案和图像传感器像素图案的方框图；
图9C是根据本发明的另一示例性实施例的另一对准的电子增倍器通道图案和图像传感器像素图案的方框图；
图9D是根据本发明的另一示例性实施例的另一对准的电子增倍器通道图案和图像传感器像素图案的方框图；以及
图9E是根据本发明的另一示例性实施例的另一对准的电子增倍器通道图案和图像传感器像素图案的方框图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的实施例的优选特征。将可以理解的是，本发明的精神和范围不局限于为了说明所选的实施例。而且，应当注意的是，附图不表示任何特定的尺寸或者比例。它应该包括在下文描述的可以在本发明的范围内变化的任何结构和材料。
在共同未审美国专利申请序列号09/973,907中，将本申请描述成提供增强型混合固态传感器。根据本发明的固态传感器包括成像器件，该成像器件包括装配有图像增强器阴极的固态传感器，微通道板(MCP)和主壳体。该器件组合了图像增强器、良好的信噪比和高对数增益的最好功能以及互补金属氧化物半导体(CMOS)或者电荷耦合器件(CCD)的电子读出功能。对于该发明的应用主要是需要良好的低亮度敏感性和高增益的夜视系统。
图4B是根据本发明的增强型混合固态传感器41的示意图。传感器41包括标准显象管光阴极54、微通道板(MCP)53和固态成像传感器56。固态成像传感器56可以是任何类型的固态成像传感器。优选地，固态成像传感器56是CCD器件。更优选地，固态成像传感器56是CMOS成像传感器。图5A描述了作为成像传感器56′的背面变薄(back-thinned)的CCD成像器件。在该实施例中，MCP 53和背面变薄的CCD传感器56′连接。背面变薄的CCD传感器56′包括电子接收表面，例如扩散收集区56a′和读出区62。图5B示出了包括连接到标准CCD 56″的MCP53的替换标准CCD成像器件。CCD 56″包括氧化盖63和多个收集井64。图5C示出了作为CMOS传感器的传感器，包括CMOS衬底56″和多个收集井65。
出于不同的原因，对于很多应用中的使用，基于CCD的图像传感器受到了限制或者是不能实现的。首先，CCD至少需要两个具有埋入通道的多晶硅层注入，以获得它们的高性能，其意思是不能使用标准CMOS制造工艺制造它们。第二，由于在应用中它们不可能包括需要将它们和其它器件集成在一起的器件，所以用基于CCD的图像器可能获得的集成等级是低的。最后，用于将来自图像阵列的数据传送到系统板上其它器件的电路，例如数字信号处理器(DSP)和其它图像处理电路，具有大电容并需要高于其它电路的电压。由于和充放电这些电容器相关的电流通常是足够的，所以CCD成像器不是非常特别适用于便携式或者电池运行的设备。
同样地，使用标准CMOS工艺由集成电路制成的更便宜的图像传感器是所期望的。实质上，和CMOS型成像传感器一起，将光电二极管、光晶体管或者其它类似器件用作光检测元件。光检测元件的输出是模拟信号，其振幅几乎正比于通过元件接收到的光量。在一些应用中优选CMOS成像器，因为和用CCD工艺制造的成像器相比，它们使用更少的电能、具有更低的制造成本并提供更高的系统集成。而且，CMOS成像器具有增加的优点，可以使用类似于通常用于制造逻辑晶体管的工艺制造它们。尽管本发明的优选实施例合并了CMOS传感器作为成像传感器56，但是任何固态成像传感器都会工作，并且在本申请的范围之内。
再次参考图4B，光阴极54可以是在任何已知类型的图像增强器件中使用的标准光阴极。光阴极54可以是这样的材料，例如GaAs、Bialkali、InGaAs等，但是不局限于这些材料。光阴极54包括输入侧54a和输出侧54b。MCP 53可以是不局限于硅或者玻璃的材料，并优选是大约10到25mm厚度。MCP 53具有形成在输入表面49和输出表面50之间的多个通道52。通道52可以具有任何类型的轮廓，例如，圆形轮廓52′(图6A)或者正方形轮廓52″(图6B)。MCP 53连接到成像传感器56的电子接收表面56a。
优选地，MCP 53的输出表面50和成像传感器56的电子接收表面56a物理接触。然而，在MCP 53和成像器传感器56之间绝缘可能是需要的。因此，薄的绝缘隔板55可以插在MCP 53的输出表面50和成像传感器56的电子接收表面56a之间。绝缘隔板55可以由任何电绝缘材料制成，并优选形成为沉积在成像传感器56的电子接收表面56a上的薄层，不超过几微米厚。例如，这种绝缘隔板可以是大约10μm厚的膜，但不局限于该厚度。可替换地，绝缘隔板55可以是形成在MCP 53的输出表面50上的膜(未示出)。
CMOS成像传感器56包括电子接收表面56a和输出56b。从MCP 53发射出的数量增多的电子撞击电子接收表面56a。电子接收表面56a包括CMOS衬底56″和多个收集井65(图5C)。对于CMOS传感器，使用标准信号处理设备处理收集井65中收集的电子47(参见图4B)，以产生通过输出56b传送到图像显示器46的增强图像信号。
电子偏置电路44提供对传感器41的偏置电流。电子偏置电路44包括第一电连接42和第二电连接43。第一电连接42提供光阴极54和MCP53之间的偏置电压。优选将来自第一电连接42的偏置电压设置为小于EBCCD/CMOS传感器阴极到CCD电压的偏置电压，也就是2-10kV。例如，一种优选偏置电压可以类似于显象管的偏置电压，例如～1400V。第二电连接43施加MCP 53和CMOS传感器56之间的偏置电压。优选地，通过第二电连接43施加的偏置电压明显小于现有技术领域的器件中大约4200V的显象管-显示屏电压(图1)。例如，通过第二电连接43施加的偏置电压可能是～100V，但是不局限于此。图4A示出了传感器41的可能的结构。在该结构中，以彼此密切地物理接近地方式将光阴极54、MCP 53和成像传感器56维持在真空体或者壳体61内作为单个单元。
参考图4B，在运行中，来自图像57的光58、59通过光阴极54的输入侧54a进入到增强型混合固态传感器41。光阴极54改变光进入到电子48，电子48从光阴极54的输出侧54b输出。从光阴极54出来的电子48通过MCP 53的输入表面49进入通道52。在电子48轰击MCP 53的输入表面49之后，在MCP 53的多个通道52内产生二次电子。对于通过输入表面49进入的每个电子，在每个通道52中MCP 53可以产生几百个电子。因此，从通道52出去的电子47的数量显著大于进入到通道52的电子48的数量。增加的数量的电子47通过MCP 53的输出侧50排出通道52，并撞击CMOS成像器件56的电子接收表面56a。
图6A-6B示出了增加的数量的电子47怎样排出通道52(也就是图6A中的通道52′，图6B中的通道52″)并怎样撞击CMOS成像传感器56的特定收集井65′。从这些说明可以看出的是，在收集井65′和发射电子47的通道52的数量之间存在关系。通常，MCP 53的相邻通道52隔开预定通道间距52a。图6A-6B示出了通道间距52a，该通道间距导致每个收集井65′不止一个通道52。
图7A-7C示出了根据本发明的CMOS井/通道间距关系的三个不同替换。图7A示出了通道间距52和CMOS井65′之间的一个关系。在这种情况中，通道间距52相对较小，然而CMOS井65′的尺寸相对较大。这允许来自两个或者多个通道52的几个电子47撞击CMOS收集井65′。图7B示出了另一CMOS井/通道间距的关系。在该实施例中，通道间距52和CMOS收集井65′的尺寸几乎是一对一的关系。同样来自单个通道51的电子47′撞击单个收集井65′。图7C示出了另一CMOS井/通道间距的关系，其中通道间距52相对较大，并且CMOS井65′的尺寸相对较小。在这种情况中，来自单个通道52的电子47′撞击多个收集井65′。同时这些结构提供了不同的优点，对于本发明在图7A中所示的关系是优选的。
结果，增强型混合固态传感器以不同于任何其它现有技术领域概念的条件运行。结果是，MCP 53可以直接安装在CMOS传感器56上面，CMOS传感器给出类似对比于所有固态器件的混合器件，但是具有低的晕圈、良好的信噪比和显象管的对数增益。由于运行电压较低，所以可以选通混合器件，就像图像增强器允许从在阴暗的星光条件运行到白天运行。因缺乏MCP53和CMOS传感器56之间的物理间隙，所以混合传感器具有更好的晕圈。当和EBCCD/CMOS或者图像增强型照相机比较时，在两个部件中缺乏这种物理分离也是对比度改善的原因。混合器件还具有显象管的对数增益曲线。不像EBCCD/CMOS传感器，由于低阴极电压，可以选通混合传感器。
在图像增强管中的很多部件涉及采样器件。这些采样器件收集输入信号的离散空间采样，并提供离散的采样输出信号。在图像增强管中的这些采样器件的例子是微通道板和光纤屏幕。例如MCP收集孔/通道中的输入电子，并输出来自这些完全相同的孔/通道的电子。在光纤器件的情况中，每个独立的光纤收集光的空间采样，由此将光限制在光纤内，并将采样的图像投影在光纤的输出端上。
当这些空间采样的信号彼此覆盖时，可以在输出端观察到几个图案。图8示出了涉及被电子增倍器的通道覆盖的固态图像传感器的像素。更特别地，结构800示出了被电子增倍器的通道804a、804b、804c、804d、804e、804f和804g覆盖的固态图像传感器的像素802a、802b、802c和802d。结构800示出了固态图像传感器和电子增倍器之间的采样的不对准。更特别地，通道804a、804b、804c、804d、804e、804f和804g的一部分和像素802a、802b、802c和802d对准；然而通道804a、804b、804c、804d、804e、804f和804g的其它部分和像素802a、802b、802c和802d不对准。
当观看时(也就是人观看监控器)，这些不对准可以显示为很多不想要的电光图案的其中一个。例如。这些电光图案被称为是Moiré。Moiré(和其它电光图案例如重叠混淆)对于通过这些不对准图案尽力观看真实物体的人们来说有非常分散的趋势。
当光传送质量从一个元件到另一元件是非常良好的时候，这些光图案(也就是不对准图案)通常显示了它们本身。例如，图8示出了这样一高传送质量。在图8中，如果像素和/或通道的边缘不是非常清楚时(也就是边缘是模糊的)，观察到的实际图像可能不能显示Moiré图案。当和固态图像传感器(例如CMOS图像器)接触地放置电子增倍器(例如MCP)时，在电子增倍器的沟道和固态图像传感器的像素之间出现非常高质量的图像传送。在这种结构中，易于观察到光不对准图案例如Moiré。
根据本发明的示例性实施例，通过(1)在多个通道图案中布置一个电子增倍器的多个通道，(2)在多个像素图案中布置固态图像传感器的多个像素，和(3)将多个通道图案的每一个映射到多个像素图案的每一个上，使得通过多个像素图案的相应单个基本上可以接收到来自多个通道图案的每一个的电子信号，避免或者基本上减少Moiré和其它不想要的光图案。该对准可以是多种结构的任何一种，只要来自每个通道图案的信号基本上和像素图案的相应一个基本对准，使得不发生光不对准(例如图8中所示的)。
根据本发明的另一示例性实施例，可以旋转地和平移地对准多个通道图案的每一个和多个像素图案的相应一个。
例如，图9A示出了示例性映射(mapping)900，其中映射900包括被电子增倍器的多个通道(布置成4通道图案，每个通道图案包括单一通道)覆盖的固态图像传感器的多个像素(布置为4像素图案，每个像素图案包括单一象素)(由于在图9A中通道图案对像素图案的映射/记录，每个映射显现为单一的正方形；然而，每个正方形实际上表示被通道图案覆盖的像素图案)。更特别地，映射900示出了被通道904a、904b、904c和904d(每一个表示具有单一通道的通道图案)覆盖的固态图像传感器的像素902a、902b、902c和902d(每一个表示具有单一像素的像素图案)。在该实施例中，通道904a、904b、904c和904d的单个和像素902a、902b、902c和902d的相应的一个对准/映射。而且，通道(例如MCP的孔)基本上和像素(例如图像传感器的像素)具有相同的尺寸，并具有和像素相同的中心间距。
在本发明的某些示例性实施例中，所期望的是，在成像传感器的组装期间，将电子增倍器的通道和固态图像传感器的像素对准。一种保证适当对准的组装方法是通过电子增倍器发光，由此允许观察固态图像传感器的反射图案。如果观察到不期望的不对准图案(例如Moiré)，那么电子增倍器的通道基本上和固态图像传感器的像素对准。当然，其它对准方法也是可用的。
图9A是提供对准电子增倍器的通道图案和固态图像传感器的相应像素图案的多个映射结构的一个。多个附加的结构是可能的，图9B-9E是这种映射结构的另外的实例。
图9B示出了示例性映射910，其中映射910包括被电子增倍器的多个通道(布置成4通道图案，每个通道图案包括单一通道)覆盖的固态图像传感器的多个像素(布置为4像素图案，每个像素图案包括单一象素)。更特别地，映射910示出了被通道图案914a、914b、914c和914d(每一个表示具有单一通道的通道图案)覆盖的固态图像传感器的像素912a、912b、912c和912d(每一个表示具有单一像素的像素图案)。在该实施例中，通道914a、914b、914c和914d的单个和像素912a、912b、912c和912d的相应的一个对准。图9B中所示的实施例类似于图9A中所示的实施例，其中在电子增倍器的通道和固态图像传感器的像素之间存在一对一的相互关系；然而，图9B中的电子增倍器的通道基本上和固态图像传感器的像素具有不相同的尺寸。无论如何，电子增倍器的通道和固态图像传感器的像素彼此对准。由于对准，基本上减少了对于不期望的光学图案(例如Moiré)的可能性。
图9C示出了示例性映射920，其中映射920包括被电子增倍器的多个通道(布置成4通道图案，每个通道图案包括4个通道)覆盖的固态图像传感器的多个像素(布置为4像素图案，每个像素图案包括单一象素)。更特别地，映射920示出了被通道924a、924b、924c和924d(其中的四个表示单一通道图案)覆盖的固态图像传感器的像素922a、922b、922c和922d(每一个表示具有单一像素的像素图案)。在该实施例中，像素922a、922b、922c和922d的单个和相应的通道图案映射/对准，其中每个通道图案包括四个通道(也就是分别是通道924a、924b、924c和924d中的四个)。电子增倍器的通道图案和固态图像传感器的像素图案的映射/对准导致了基本上减少了对于不期望的图案(例如Moiré)的可能性。
图9D示出了示例性映射930，其中映射930包括被电子增倍器的多个通道(布置成9通道图案，每个通道图案包括单一通道)多个通道覆盖的固态图像传感器的多个像素(布置为9像素图案，每个像素图案包括单一象素)。更特别地，映射930示出了被通道934a、934b、934c、934d、934e、934f、934g、934h和934i(其中的每一个表示具有单一通道的通道图案)覆盖的固态图像传感器的像素932a、932b、932c、932d、932e、932f、932g、932h和932i(每一个表示包括单一像素的像素图案)。在该实施例中，通道934a、934b、934c、934d、934e、934f、934g、934h和934i的单个和像素932a、932b、932c、932d、932e、932f、932g、932h和932i的相应一个映射/对准。电子增倍器的通道图案和固态图像传感器的像素图案的映射/对准导致了基本上减少了对于不期望的图案(例如Moiré)的可能性。
图9E示出了示例性映射940，其中映射940包括被电子增倍器的多个通道(布置成4通道图案，每个通道图案包括单一通道)多个通道覆盖的固态图像传感器的多个像素(布置为4像素图案，每个像素图案包括4个象素)。更特别地，映射940示出了被通道944a、944b、944c和944d(其中的每个表示具有单一通道的通道图案)覆盖的固态图像传感器的像素942a、942b、942c和942d(其中的四个表示具有单一的像素图案)。在该实施例中，通道944a、944b、944c和944d的单个和相应的像素图案映射/对准，其中每个像素图案包括四个像素(也就是分别是井942a、942b、942c和942d中的四个)。电子增倍器的通道图案和固态图像传感器的像素图案的映射/对准导致了基本上减少了对于不期望的图案(例如Moiré)的可能性。
当然图9A-9E中所示的和以上所述的本发明的实施例是示例性的。各种替换结构是在预料之中的。例如，根据本发明，可以改变每一个通道图案中的通道数量和/或每个像素图案中的像素的数量。而且，根据本发明，可以改变通道和/或像素的尺寸和/或形状。而且，根据本发明，还可以改变通道图案对像素图案的映射。
如这里使用的，像素的意思指的是接收电子或者电子能量的图像传感器(例如固态图像传感器)的元素。像素包括用于存储接收到的电子能量的井。
在递交该申请的同时，本发明的优选实施例的上述具体描述陈述了发明人为实现本发明所考虑的最优模式，并借助于不局限于此的示例提供上述具体描述。因此，对于本领域普通技术人员显而易见的各种变形和变化被认为是落在如下述权利要求所限定的本发明的范围和精神内。

Claims (10)

1、一种增强型固态成像传感器，包括：
光阴极，用于将来自图象的光转换成电子；
电子增倍器，用于接收来自光阴极的电子，相比于该电子增倍器从该光阴极接收的电子，该电子增倍器输出更大数量的电子；以及
固态图像传感器，包括用于通过该电子增倍器的多个通道接收来自该电子增倍器的电子的多个像素，该固态图像传感器利用从该电子增倍器接收的电子产生增强的图像信号，
所述多个通道布置成多个通道图案，并且所述多个像素布置成多像素图案，该多通道图案中的每个映射到该多个像素图案中的相应一个，使得来自该多个通道图案中的每一个的电子信号基本上被该多个像素图案中单独的相应一个接收。
2、如权利要求1的增强型固态成像传感器，其中该多个通道图案的每一个包括单个通道，该多个像素图案的每一个包括单个像素。
3、如权利要求2的增强型固态成像传感器，其中该多个通道图案的每一个基本上和该多个像素图案的相应的一个是相同的尺寸和形状。
4、如权利要求1的增强型固态成像传感器，其中该多个通道图案的每一个包括多个通道，以及该多个像素图案的每一个包括单个像素。
5、如权利要求1的增强型固态成像传感器，其中该多个通道图案的每一个包括单个通道，以及该多个像素图案的每一个包括多个像素。
6、如权利要求1的增强型固态成像传感器，其中该多个通道图案的每一个包括多个通道，以及该多个像素图案的每一个包括多个像素。
7、如权利要求1的增强型固态成像传感器，其中该多个通道图案的每一个和该多个像素图案的相应的一个旋转地和平移地对准。
8、如权利要求1的增强型固态成像传感器，其中该电子增倍器包括多通道板，以及该多个通道包括该多通道板的多个孔。
9、如权利要求1的增强型固态成像传感器，其中该固态图像传感器是CCD器件。
10、如权利要求1的增强型固态成像传感器，其中该固态图像传感器是CMOS器件。
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