Evaluation of Direct-coupled Intensified CMOS Camera
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摘要:
直耦增强型CMOS（intensified complementary metal-oxide-semiconductor, ICMOS）相机通过将像增强器输出窗与CMOS直接耦合而成，具备灵敏度高、响应速度快、光谱范围可调等特点。本文根据ICMOS的组成结构，分析了阴极、微通道板、荧光屏、CMOS等各组成部件对直耦ICMOS成像性能的影响，提出ICMOS用像增强器、CMOS成像器件的选型依据，并结合公司对像增强器的加工优势，基于18 mm NVT-7像增强器和1英寸CMOS开展了实际微光成像验证。结果表明，采用直耦方式的ICMOS相机能够在5×10－4 lx条件下清晰成像，分辨力达到16 lp/mm。此外，用于ICMOS耦合的像增强器增益不宜过高，4000 cd/(m2·lx)比较适宜，另外，在增益适宜的条件下，荧光屏输出亮度对其性能影响不大。
Abstract:An ICMOS is fabricated by directly coupling the output window of the image intensifier with a CMOS resulting in the characteristics of high sensitivity, fast response, and adjustable spectral range. In this study, the influence of the cathode, microchannel plate, phosphor screen, CMOS, and other components on the imaging performance of direct-coupled ICMOS are analyzed according to the composition of ICMOS, thereby proposing the principle for selecting the image intensifier and CMOS for ICMOS. The advantages of image intensifier manufacturing combined with the actual low-light imaging performance of direct-coupling ICMOS are verified on an 18 mm NVT-7 image intensifier and 1-inch CMOS. The results show that the ICMOS camera can be used under 5×10-4 lx light conditions with a resolution of 16 lp/mm. In addition, the gain of the image intensifier for ICMOS should not exceed 4000 cd/(m2·lx), and the output brightness of the phosphor screen has minimal effect on performance under the condition of an appropriate gain.
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Keywords:
- image intensifier /
- fiber optical taper /
- direct-coupling /
- resolution
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0. 引言
增强型CMOS相机作为直视型微光夜视器件实现数字化的解决方案之一，与低照度CMOS相比具备更佳的低照探测能力和更高的帧率，与电子轰击有源像素传感器（electron bombarded active pixel sensor, EBAPS）相比阳极CMOS选型较为灵活，且不需要经过复杂的电子敏感半导体处理工艺。ICMOS通过将像增强器与CMOS耦合而成，在实现数字化的同时兼顾了像增强器灵敏度高、响应速度快、光谱范围可调等特点，为ICMOS在微光成像、距离选通、快响应时间分辨、蓝绿光水下探测，X射线探测等领域的应用提供了条件[1-3]。
像增强器与CMOS的耦合有以下3种途径：
1）采用物镜作为光学中继元件进行耦合，将像增强器的荧光屏输出图像通过透镜组聚焦到CMOS光敏面上。这种耦合方式光能利用率较低，通常小于10%，且ICMOS尺寸较大[4]。
2）采用光锥的方式进行二次耦合，将光锥大端耦合到像增强器荧光屏光纤面板的输出端，光锥小端耦合到去除保护玻璃后的CMOS表面。这种耦合方式的光能利用率较高，仅受限于光纤面板、光锥的透过率，形成的ICMOS集成度较高、体积较小、重量较轻，是目前使用最多的耦合方式[5]。
3）采用像增强器荧光屏输出窗直接与CMOS进行耦合（简称“直耦”），将光纤面板或光锥大端作为荧光屏的基底进行荧光屏制造并封装于像增强器真空结构中，另一端加工成与CMOS靶面匹配的结构尺寸直接进行耦合。这种耦合方式减少了一个耦合面，从而减少了一次光能的损耗，同时进一步减轻了系统的体积和重量，但该耦合方式工艺难度较大，目前市面上并未见到相关产品[6]。
虽然ICMOS技术起源较早，基于透镜和光锥二次耦合的ICMOS工艺也比较成熟，但业内并未形成统一的行业标准[7]，关于ICMOS用像增强器及CMOS相机的选型、像增强器与CMOS的参数匹配等方面并未见到体系化论述。本文主要对ICMOS成像性能的影响因素进行分析研究，提出ICMOS用像增强器、CMOS的选型依据，并结合公司像增强器加工工艺优势，开展直耦ICMOS微光相机成像验证，并给出适用于ICMOS的像增强器增益、亮度设定值。实验表明，采用本文所述方法完成的直耦ICMOS相机能够在5×10－4 lx照度下清晰成像。
1. 直耦ICMOS成像质量影响因素分析
直耦ICMOS组成结构如图 1所示，其中光电阴极、微通道板和荧光屏通过高真空壳体封装在一个真空腔体内，形成微光像增强器；像增强器荧光屏输出窗加工成与CMOS靶面对应的结构尺寸后直接耦合到CMOS表面，CMOS将像增强器输出的图像进行采集，然后通过后端电路对其数字信号进行输出处理。影响ICMOS成像质量的因素大致可以分为像增强器、CMOS相机、耦合工艺三方面。
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图 1 直耦型ICMOS组成结构示意图Figure 1. Composition structure schematic diagram of direct-coupled ICMOS1.1 像增强器对ICMOS的影响
像增强器光电阴极将入射的微弱光学图像转化为电子图像，微通道板（micro channel plate, MCP）对其进行电子倍增，倍增后的电子通过数千伏的阳极高压加速轰击到荧光屏，产生增强后的光学图像，高压电源为像增强器工作提供能量[8]。像增强器工作的每一个环节都会对其成像性能产生影响，从而影响ICMOS的性能。
1.1.1 光电阴极
光电阴极通过外光电效应将入射光子转化为电子，其量子效率决定了光电阴极把光子转换成电子的能力，转换电子的能力越强，捕获的原始光信号越多，像增强器的信噪比越好。像增强器光电阴极响应波段总体在紫外、可见光、近红外区域，图 2所示为法国Photonis公司给出的不同光电阴极的量子效率曲线[9]，由图可知，不同光电阴极光谱响应波段不同，量子效率也不同，根据所需波段选择光电阴极即可。如探测波段为紫外波段，可选择Hi-QE UV和Hi-QE blue光电阴极，该光电阴极在200~400 nm都具有较高量子效率；探测波段为近红外波段可选择GaAs、S25或Hi-QE Red光电阴极，在近红外波段有较高量子效率。本文所述ICMOS用于微光成像，其使用的像增强器需要在近红外波段具备较高量子效率，因此采用公司自研的NVT-7 S25多碱光电阴极，其在近红外波段量子效率近30%，制造完成的像增强器阴极灵敏度超过1100 μA/lm。
1.1.2 微通道板
MCP的作用是将光电阴极产生的入射电子进行倍增，图 3所示为中智科仪给出的MCP工作原理示意图[10]，MCP通常由数百万个微通道孔规则排列而成，一般密度高达105~107/cm2，常用微通道孔直径为4~6 μm，通常情况下长径比为40:1~60:1。MCP两端镀有电极，通过在MCP两端加载高压使电子加速轰击MCP孔壁产生更多倍增电子。
MCP作为像增强器的增益来源，单片MCP增益为102量级，如需要更高增益则可使用两片MCP叠加，一般单片MCP可满足绝大部分像增强器的增益需求，但日盲紫外器件或其他单光子级探测应用场景会使用两片甚至多片MCP级联。在同类像增强器中，单片MCP增益越高，像增强器达到相同亮度增益所需的MCP电压越低，其信噪比和等效背景照度越好，低照探测能力越强。因此，用于ICMOS耦合的像增强器，在灵敏度、分辨力、调制传递函数指标处于同一水平时，应重点关注其电子清刷后的MCP增益、等效背景照度、信噪比等指标。结合我公司实际情况，本文所述ICMOS用像增强器为采用单片MCP的像增强器，MCP增益为250左右，等效背景照度小于0.25 μlx，信噪比大于30。
1.1.3 荧光屏
像增强器的荧光屏通常以光纤面板为基底，通过刷粉、涂屏、镀铝等工艺制作而成，主要作用是把MCP所产生的倍增电子图像转换为肉眼可见的光学图像。荧光屏的转换效率与被加速的电子动能及荧光材料类型有关，光电转换效率一般为6~20 ph/(e－·kV)。早期像增强器荧光屏大都使用P22荧光粉，2010年以来，随着P43荧光粉的工艺逐渐成熟，美国HARRIS、法国PHOTONIS和俄罗斯KATOD逐步将P43粉用于像增强器并使之成为主流[11]。P22粉发光效率较高但颜色偏绿，人眼观察舒适度较差；P43粉能有效提升像增强器的分辨力，且黄绿色更适于人员观察；P45粉峰值波长与P43粉相近，且发光颜色为白色，亮度较弱，人眼观测舒适度较P43粉更强，但发光效率较低；也有少量需要高速摄影的应用场景使用P46、P47荧光粉。表 1所示为常用的几种荧光粉的发光特性参数对比情况[12]，本文所述ICMOS用像增强器需要具备较高分辨力，选用P43荧光粉。
表 1 常用荧光粉发光特性参数Table 1. Luminescence characteristic parameters of commonly used phosphorsParameters P22 P43 P45 P46 P47 Luminous efficiency/(lm/W) 18.85 13.2 7.8 - - Afterglow color Yellow-green(green) Yellow-green White Yellow-green Blue Peak wavelength/nm 534.8 544.1 544.2 530 400 Fluorescence lifetime/ms 0.66 0.60 1.34 - - Lasting time/ms 8 1.2 1.7 0.3 0.055 1.1.4 光纤面板或光锥
直耦ICMOS用阳极输出窗可以为光纤面板或光锥，将其与CMOS进行一次耦合即可，该方式耦合效率可表示为[13]：
$$ {\eta _{{\text{FOT}}}} = \frac{{{E_{{\text{absorb}}}} + {E_{{\text{CMOS}}}}}}{{{E_{{\text{all}}}}}} = {(N{A_{\rm Taper}})^2}{T_{\text{R}}}{T_{\text{A}}}{K_{\text{C}}}{T_{{\text{copxy}}}} $$ (1) 式中：ηFOT为光纤面板或光锥与CMOS的耦合效率；Eabsorb为像增强器荧光屏上发出的光经过光纤面板或光锥和耦合介质的损耗；ECMOS为CMOS光敏面上的光束能量；Eall为像增强器荧光屏上发出的总光能。NATaper为光锥的有效数值孔径；TR为光经光纤面板或光锥端面反射损耗后的透射率；TA为光经过光纤面板或光锥传输时光锥芯料吸收和内反射损耗后的透射率；KC为光锥的有效填充率；Tcopxy为光经过耦合介质的透射率。由此可知，ICMOS的耦合效率与光锥的有效数值孔径、光锥的有效填充率、光锥和耦合介质的吸收损耗相关。
光纤或光锥的理论数值孔径用来衡量该系统能够收集的光的角度范围，其值可以表示为[14]：
$$\mathrm{NA}=\sqrt{n_{\text {Core }}^2-n_{\text {Clad }}^2}$$ (2) 式中：nCore为光纤芯料的折射率，通常为1.80；nClad为光纤皮料的折射率，通常为1.5，因此NA取值0.995左右，其有效数值孔径略小于理论数值孔径。
有效填充率表示纤维芯料所占横截面积与总横截面积之比，主要与光纤中纤维丝的排布方式有关，方形排布的光纤有效填充率为0.785(d/D)2，六边形排布的光纤有效填充率最大为0.907(d/D)2，其中d为纤芯的直径，D为光纤的直径[15-16]。由于CMOS像元一般为方形，采用方形排布的光纤更有利于提高ICMOS耦合效率，但方形排布的光纤极限分辨力较低，且原材料获取、工艺加工、疵病控制等方面难度比较大，在国内并未得到推广应用，本文ICMOS用像增强器采用六边形排布的光纤。
光锥传输损耗主要与锥度比和入射及出射面的反射损耗有关。光锥的锥度比表示光锥小端与大端直径之比，当光线从光锥的大端向小端传播时，传播模式数的损耗率为：
$$ \eta =1-(\frac{{D}_{\rm s}}{{D}_{\rm l}})^{2} $$ (3) 式中：Ds和Dl分别表示光锥小端和大端的光锥直径，锥度比越小，损耗越大。
光线在光锥中传播时，产生的衰减损耗主要有下列二种：
1）由于入射和出射端面上空气（或环绕纤维的媒质）与纤维芯料的折射率不同而产生的菲涅耳反射损耗，该部分损耗值相对固定。
2）光线在光锥中传播时，光纤内部皮料、黑吸收丝的存在会使传输光线产生的损耗。
图 4(a)所示为光在光锥中的传输路径，部分光进入光锥之后会经过多次内部反射，使传输距离大于光锥的厚度，光锥锥度比越小，传输距离越长，光线被内部皮料、黑吸收丝损耗越多；4(b)为光在锥度比为1的光纤面板中的传输路径，光平行于光纤的传输轴，传输距离等于光纤面板的厚度，可以有效减少光传输损失。因此，本文所述ICMOS拟采用光纤面板（锥度比为1）进行耦合。
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图 4 光在光锥和光纤面板中的传播过程对比示意图Figure 4. Comparison diagram of the transmission path of light in the fiber optical taper and the fiber optical plate光纤传输透过率可以表示为[17]：
$$ \tau (\lambda ) = {{\rm e}^{ - \frac{d}{{{\alpha _\lambda }}}}} $$ (4) 式中：τ(λ)为传输透过率；d为光纤面板厚度；αλ为光学材料的吸收系数，由式可知，厚度越厚，传输效率越低，因此在保证光纤面板气密性的情况下，厚度越薄越好，像增强器常用光纤面板厚度通常为11 mm、13 mm和21 mm，本文ICMOS像增强器用光纤面板厚度为11 mm。
1.1.5 高压电源
根据应用场景的不同，ICMOS用高压电源大致可以分为两类，一类是为普通数字化微光成像器件供电使用的小型高压电源，如图 5(a)所示，此类电源也可以分普通直流高压电源和门控高压电源两种，区别主要在于阴极供电模式，普通直流高压电源采用直流负高压供电，门控高压电源则采用负脉冲占空比可调的供电方式，使用门控高压电源能够将像增强器的工作动态范围从10－5~0.5 lx拓展至10－5~104 lx。另一类为结合激光同步应用的选通电源，该类电源能够在ns级的时间内实现选通开关，且能够与激光器实现高精度的同步控制，实物如图 5(b)所示。本文所述ICMOS不需要选通同步功能，采用常规门控高压电源。
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图 5 像增强器用常规电源和选通电源实物Figure 5. Conventional and gating power supply of image intensifier1.2 CMOS相机对ICMOS的影响
CMOS与像增强器进行直耦时，要求靶面与像增强器光纤面板大小尽可能接近，以减小像增强器荧光屏输出光信号的损失，假设图 6所示为直耦ICMOS的理想耦合截面图，图中圆形区域为18 mm像增强器有效区，内部矩形区域为CMOS靶面有效区，理想耦合方案为CMOS靶面矩形区域正好内接于圆形区域的内部，且使矩形区域面积最大，即满足关系：
$$ \left\{ \begin{array}{l} {x^2} + {y^2} = {18^2} \hfill \\ xy = \max(xy) \hfill \\ \end{array} \right. $$ (5) 式中：x，y分别为理想耦合方案中CMOS靶面有效区域的长和宽度，根据式(5)可得，用于直接耦合的CMOS靶面有效尺寸最大为1.62 cm2，此时CMOS靶面有效区域长、宽均为12.7 mm，CMOS进行选型时靶面尺寸应尽量接近上述近尺寸。
此外，在进行耦合时，为确保尽可能低的传光损失，光纤面板的光纤中心距要小于像元尺寸[18]。图 7所示为光纤面板与CMOS的耦合剖面图，图 7(a)和7(b)分别为光纤中心距大于和小于像元尺寸的对比图，图 7(b)与图 7(a)相比CMOS中心黑色阻挡区域（CMOS像元与像元之间的间隔）减少，光纤面板输出光利用率更高。像增强器常用光纤面板的光纤中心距通常为4 μm或6 μm，因此用于直耦的CMOS像元不宜过小。
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图 7 相同光纤尺寸匹配不同像元耦合剖面示意图Figure 7. Coupling profile diagram of the same optical fiber with different pixel size1.3 耦合对ICMOS的影响
图 8所示为像增强器光纤面板与CMOS的耦合剖面图，由于光纤面板芯料与耦合胶之间的折射率不同，光纤中出射的光线会在界面处发生偏转，偏转角度可以表示为：
$$ \varphi = \arcsin (\frac{{{n_{\rm Core}}}}{{n{}_{\rm Adhesive}}} \times \sin(90 - \arcsin (\frac{{{n_{\rm Clad}}}}{{n{}_{\rm Core}}}))) $$ (6) 式中：φ是光离开光纤面板的角度[19]；nCore和nClad与式(2)相同；nAdhesive为耦合胶的折射率，为确保耦合胶与CMOS表面折射率尽可能接近以减少损耗，通常为1.56左右。
光离开光纤之后形成的光斑大小D0的直径可表示为[20]：
$$ {D_0} = d + 2 \times t \times \tan \varphi $$ (7) 式中：d为光纤芯直径；t为耦合层厚度。为使出射光能够尽可能进入CMOS像元，D0应尽量小。因此，在耦合过程中，在确保ICMOS耦合稳固的同时耦合层厚度t越小越好，通常为μm级别。
ICMOS分辨力可表示为：
$$ \frac{1}{{{R^2}}} = \frac{1}{{R_{\rm IIT}^2}} + \frac{1}{{R_{\rm GAP}^2}} + \frac{1}{{R_{{\text{CMOS}}}^2}} $$ (8) 式中：R为ICMOS分辨力；RIIT为像增强器分辨力，通常为68 lp/mm左右；RGAP为耦合界面的分辨力，当d为0.01 mm时，RGAP约为80 lp/mm[21]，d越小，RGAP越大；RCMOS为CMOS分辨力，假设CMOS像元大小为6 μm，则其换算后的分辨力为83.3 lp/mm，换算公式为：
$$ 线对数=\frac{1}{像元尺寸\times 2}\times 1000 $$ (9) 根据式(9)进行计算，该直耦ICMOS理论分辨力为44 lp/mm左右。
2. 18 mm直耦ICMOS制造
2.1 像增强器及耦合CMOS制备
本文采用外部增益、亮度可调的18 mm NVT-7光纤面板型像增强器进行耦合，由于本样品应用场景面向军用头盔，所以选择了国内某生产厂商提供的1英寸CMOS传感器，用于耦合的像增强管和CMOS相机实物如图 9所示，主要技术指标如表 2所示。
表 2 直耦用像增强器及CMOS模组主要技术指标Table 2. Main parameters of image intensifier and CMOS camera for couplingImage intensifier CMOS camera Effective diameter 18 mm Effective area 15.04 mm×11.32 mm Sensitivity(2856 K) 1157 μA/lm Video-output XGA SNR 31.76 Size of pixel 13 μm Central resolution 68 lp/mm Frame rate 60 fps MTF 2.5 lp/mm 93% Exposure mode Rolling shutter 7.5 lp/mm 73% 15 lp/mm 54% 30 lp/mm 34% EBI 0.15 μlx Luminance gain 2000-16000/
(cd/(m2·lx))MOB 0.5-8.5 cd/m2 像增强器与CMOS耦合前需要将荧光屏光纤面板加工成与CMOS靶面相匹配的尺寸，CMOS传感器需要去掉其表面的保护玻璃，以确保耦合时光纤面板与CMOS耦合间隙尽量小。图 10所示为像增强器光纤面板与CMOS靶面尺寸图，图中CMOS有效感光区为15.041 mm×11.323 mm，其有效区域离四周打线区域距离分别为1.35 mm、1.16 mm、1.37 mm和2.04 mm，荧光屏光纤面板的尺寸应当略大于CMOS有效区域，同时不能超出打线区域，否则耦合过程可能会触碰到金线导致金线断裂使CMOS不工作，本文所用光纤面板加工尺寸为(15.55±0.05) mm×(11.82±0.05) mm，确保每个边比CMOS有效区多出0.05 mm，荧光屏光纤面板进行加工之后的像增强管如图 11(a)所示。由于像增强器需要采用高压供电，所以耦合前需要采用高耐压绝缘灌封胶将像增强管与高压电源进行灌封，灌封后的像增强器如图 11(b)所示。
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图 10 光纤面板与CMOS靶面尺寸图Figure 10. Size diagram of fiber optical plate and CMOS target area2.2 像增强器与CMOS耦合
ICMOS耦合过程如图 12所示，耦合前首先使用数控精雕机将CMOS表面的保护玻璃去除，然后对其进行成像验证，将用于耦合定位的光纤面板支架粘接在成像验证后的sensor板PCB上方，同时覆盖金线区域，然后将CMOS机芯固定在耦合平台上，待粘接胶固化后在CMOS表面滴上耦合液，同时将在荧光屏光纤面板凹陷处涂敷粘接胶之后的像增强器扣压在带支架的CMOS上方，像增强器依靠自身重力压合在CMOS表面，整个操作过程确保CMOS正常成像，通过耦合平台的旋钮可视化调节耦合过程中CMOS与像增强器的相对位置。像增强器加工、CMOS保护玻璃去除、耦合操作过程都需要在超净间进行，耦合平台放置平整，周围环境没有震动，保持12 h至耦合粘接胶完全固化，则可得到ICMOS，本文所用耦合液为Cargile折射率匹配液，固化粘接胶为环氧树脂粘接结构胶。
3. ICMOS成像效果
本文ICMOS测试用光学镜头为光圈F1.4，焦距50 mm的工业镜头，测试环境为标准暗室，环境温度为室温。为研究像管亮度、增益对ICMOS成像效果的影响，分别测试了像增强器增益4004~14752 cd/(m2·lx)，亮度0.528~8.32 cd/m2范围内的成像效果，典型结果如图 13所示，对应的像管亮度、增益组合分别为：8.32 cd/m2、14752 cd/(m2·lx)；0.528 cd/m2、14752 cd/(m2·lx)；8.32 cd/m2、4004 cd/(m2·lx)；0.528 cd/m2、4004 cd/(m2·lx)。像增强器增益的作用是拓展其低照探测能力，但其在进行信号放大的同时会同步放大噪声，同一具像增强器增益越高信噪比越差；用于ICMOS耦合的CMOS通常像元较大，具备一定的灵敏度，因此用于ICMOS耦合的像增强器增益需求较低，本文所述ICMOS用像增强器增益设置为4000 cd/(m2·lx)左右为宜。当像增强器增益设置为4000 cd/(m2·lx)，适当提高亮度能够一定程度提高其分辨力，但总体效果并不是非常明显，具体为：当增益设置为4004 cd/(m2·lx)，亮度分别为0.528 cd/m2和8.32 cd/m2时，在5×10－2 lx照度下分辨力均为22.7 lp/mm；5×10－3 lx照度下为16 lp/mm和18 lp/mm；5×10－4 lx照度下均为16 lp/mm。
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图 13 像增强器不同增益亮度时ICMOS成像效果Figure 13. Performance of ICMOS while image intensifier in different gain and brightness4. 结论
ICMOS将像增强器与CMOS进行耦合，能够有效实现微光夜视器件的数字化，且具备高灵敏度、高帧频等特点。本文通过分析研究，认为像增强器、CMOS相机和耦合工艺是影响ICMOS性能的主要原因。像增强器作为ICMOS的第一级成像器件，其性能直接影响ICMOS成像效果，在进行像增强器选型时，需根据所需要的响应波段、增益要求、荧光屏特性等选择像增强器的光电阴极、微通道板、荧光屏和电源，采用光纤面板代替光锥的像增强器能够有效提高ICMOS对像增强器出射光能利用率。
用于直耦的CMOS有效面应能包含在像增强器有效输出面内，在此基础上CMOS面积越大越好，且用于直耦的CMOS像元应大于光纤直径。像增强器与CMOS进行耦合时，在能够保证耦合稳固的条件下，耦合介质越薄越好。此外，降低像增强器亮度增益能够有效提升ICMOS的成像质量，在降低增益的基础上适当提高亮度能够一定程度提高其分辨力，但总体效果并不是非常明显。
本文采用18 mm像增强器与1英寸CMOS进行直耦，得到的ICMOS能够在5×10－4 lx条件下以16 lp/mm的分辨力清晰成像。
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图 1 直耦型ICMOS组成结构示意图
Figure 1. Composition structure schematic diagram of direct-coupled ICMOS
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图 4 光在光锥和光纤面板中的传播过程对比示意图
Figure 4. Comparison diagram of the transmission path of light in the fiber optical taper and the fiber optical plate
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图 5 像增强器用常规电源和选通电源实物
Figure 5. Conventional and gating power supply of image intensifier
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图 7 相同光纤尺寸匹配不同像元耦合剖面示意图
Figure 7. Coupling profile diagram of the same optical fiber with different pixel size
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图 10 光纤面板与CMOS靶面尺寸图
Figure 10. Size diagram of fiber optical plate and CMOS target area
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图 13 像增强器不同增益亮度时ICMOS成像效果
Figure 13. Performance of ICMOS while image intensifier in different gain and brightness
表 1 常用荧光粉发光特性参数
Table 1 Luminescence characteristic parameters of commonly used phosphors
Parameters P22 P43 P45 P46 P47 Luminous efficiency/(lm/W) 18.85 13.2 7.8 - - Afterglow color Yellow-green(green) Yellow-green White Yellow-green Blue Peak wavelength/nm 534.8 544.1 544.2 530 400 Fluorescence lifetime/ms 0.66 0.60 1.34 - - Lasting time/ms 8 1.2 1.7 0.3 0.055 
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表 2 直耦用像增强器及CMOS模组主要技术指标
Table 2 Main parameters of image intensifier and CMOS camera for coupling
Image intensifier CMOS camera Effective diameter 18 mm Effective area 15.04 mm×11.32 mm Sensitivity(2856 K) 1157 μA/lm Video-output XGA SNR 31.76 Size of pixel 13 μm Central resolution 68 lp/mm Frame rate 60 fps MTF 2.5 lp/mm 93% Exposure mode Rolling shutter 7.5 lp/mm 73% 15 lp/mm 54% 30 lp/mm 34% EBI 0.15 μlx Luminance gain 2000-16000/
(cd/(m2·lx))MOB 0.5-8.5 cd/m2
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