(57)【要約】インテンシファイハイブリッド固体センサは、イメージインテンシファイアーカソード（５４）、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）（５３）およびボディエンベロープ（６１）でアセンブルされた固体センサ（５６）を含むイメージデバイスを含む。このデバイスは、イメージインテンシファイアーの最良な機能（良好なＳ／Ｎ比および高対数ゲイン）と、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）または電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のいずれかの電子的読み出し機能とを組み合わせる。本発明の用途は、主に小さな光で高感度であり、かつハイゲインが求められる、夜間視界システムである。【選択図】図４Ａ
2005506657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．イメージから光を受けるための入力側と出力側であって、該出力側からフォトカソードにより生成された電子が出る、出力側とを有する、フォトカソードと、
ｂ．該フォトカソードの出力表面に隣接して配置された入力表面と、出力表面であって、該出力表面から増加した数の電子が放射する、出力表面と、該入力表面と該出力表面との間で形成された複数のチャネルとを有するマイクロチャネルプレートと、
ｃ．該フォトカソードと該マイクロチャネルプレートとの間に第１バイアス電圧を印加する第１電気接続と、
ｄ．電子受信表面を有し、該マイクロチャネルプレートの該出力表面に隣接して配置され、該マイクロチャネルプレートから出力されて増加した数の電子の出力を受ける、固体イメージデバイスと、
ｅ．該マイクロチャネルプレートと固体イメージセンサとの間の第２バイアス電圧を印加する第２電気接続と、
ｆ．該フォトカソード、該マイクロチャネルプレート、および該固体イメージデバイスをユニットとして保持する真空のボディと
を含む、インテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項２】
前記第１バイアス電圧が約２０００Ｖより小さい、請求項１に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項３】
前記第２バイアス電圧が約１００Ｖより大きい、請求項１に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項４】
前記固体イメージデバイスがＣＣＤである、請求項１に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項５】
前記ＣＣＤが背面薄型ＣＣＤである、請求項４に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項６】
前記ＣＣＤが標準ＣＣＤである、請求項４に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項７】
前記固体イメージデバイスがＣＭＯＳイメージセンサである、請求項１に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項８】
前記マイクロチャネルプレートの前記出力表面、および前記固体イメージセンサの電子受信表面が少なくとも部分的に物理接触する、請求項１に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項９】
絶縁アレイが、前記マイクロチャネルプレートの前記出力表面、および前記固体イメージセンサの前記電子受信表面を分離する、請求項１に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１０】
前記絶縁アレイが、前記固体イメージセンサの前記電子受信表面、または前記マイクロチャネルプレートの前記出力表面のいずれか１つに堆積された薄膜を含む、請求項９に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１１】
前記薄膜が、約１０μｍの厚さより薄い、請求項１０に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１２】
前記複数チャネルのそれぞれが、実質的に丸い断面を有する、請求項１に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１３】
前記複数チャネルのそれぞれが、実質的に四角い断面を有する、請求項１に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１４】
前記マイクロチャネルプレートの前記複数チャネルのそれぞれが、所定の幅を有し、かつ所定のピッチによって分離される、請求項１に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１５】
前記固体イメージセンサが、所定のサイズの複数の収集ウェルを含む、請求項１４に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１６】
前記複数チャネルのそれぞれが、複数の収集ウェルの１つに対応する位置にあり、それにより電子は、所定の数の収集ウェルに向かって該複数のチャネルから放射される、請求項１５に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１７】
前記所定のピッチ、前記チャネル幅、および前記収集ウェルサイズは、２つ以上のチャネルから放射される電子が、単一収集ウェルによって受け取られるようになっている、請求項１６に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１８】
前記所定のピッチ、前記チャネル幅、および前記収集ウェルサイズは、１つのチャネルからの電子が、単一収集ウェルによって受け取られるようになっている、請求項１６に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項１９】
前記所定のピッチ、前記チャネル幅、および前記収集ウェルサイズは、１つのチャネルからの電子が、２つ以上の収集ウェルによって受け取られるようになっている、請求項１６に記載のインテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項２０】
ａ．フォトカソードと、
ｂ．マイクロチャネルプレートと、
ｃ．該マイクロチャネルプレートから出力された電子を受け、かつインテンシファイイメージ信号を出力する固体イメージセンサと、
ｄ．該フォトカソード、該マイクロチャネルプレート、および該固体イメージセンサ間に接続される電気バイアス回路と、
ｅ．互いに物理的に非常に近接している該フォトカソード、該マイクロチャネルプレート、および該固体イメージセンサを含む真空のボディと
を含む、インテンシファイ固体イメージセンサ。
【請求項２１】
ａ．イメージからの光を電子に変換するフォトカソードと、
ｂ．該フォトカソードの出力表面に接続される電子増倍デバイスであって、該電子デバイスは、該フォトカソードから電子を受け、該受けた電子の数を増加させ、かつ増加した数の電子を出力するように適応している電子増倍デバイスと、
ｃ．固体イメージセンサであって
ｉ．該電子増倍デバイスに接続されて、該電子増倍デバイスから出力された、増加した数の電子を受け、かつインテンシファイイメージ信号を生成する複数の収集ウェルと、
ｉｉ．ディスプレイデバイスに該インテンシファイイメージ信号を出力する出力と
をさらに含む固体イメージセンサと、
ｄ．該フォトカソードと該固体イメージセンサとの間に接続され、少なくとも１つのバイアス電圧をそれらの間に印加する電子回路と、
ｅ．該フォトカソード、該電子増倍デバイス、および該固体イメージセンサが少なくとも１つの部分的真空に保たれているボディと
を含む、インテンシファイ固体イメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インテンシファイハイブリッド固体センサに関する。さらに詳細には、本発明は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）およびフォトカソードに物理的に非常に近接して接続されたＣＭＯＳ、またはＣＣＤセンシングデバイスを用いるイメージインテンシファイアーに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、ＣＭＯＳ、またはＣＣＤデバイスのような固体センサを用いるイメージインテンシファイデバイスの分野に関する。イメージインテンシファイアーデバイスは、低インテンンシティ光を増幅する、または非可視光を直ちに可視可能イメージに変換するように用いられる。イメージインテンシファイアーデバイスは、特に赤外線光からのイメージを提供するために有益であり、多くの産業および軍事的な応用を有する。例えば、イメージインテンシファイアーチューブは、飛行士の夜間視界の向上、天体撮影、および網膜色素変性症（夜盲症）患者への夜間視力の援助のために用いられる。
【０００３】
従来技術で周知のイメージインテンシファイデバイスには、カメラ用のイメージインテンシファイアーチューブ、全ての固体ＣＭＯＳおよびＣＣＤセンサ、ならびにハイブリッドＥＢＣＣＤ／ＣＭＯＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｂｏｍｂａｒｄｅｄ  ＣＣＤ、またはＣＭＯＳセンサ）の３タイプある。
【０００４】
イメージインテンシファイアーチューブは、周知であり、多くの産業のいたるところで用いられている。図１を参照して、従来技術のＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ＩＩＩ（ＧＥＮ  ＩＩＩ）イメージインテンシファイアーチューブ１０の現在の状態を示す。このような従来技術のＧＥＮ  ＩＩＩイメージインテンシファイアーチューブの使用例は、「ＲＥＰＬＡＣＥＭＥＮＴ  ＤＥＶＩＣＥ  ＦＯＲ  Ａ  ＤＲＩＶＥＲ’Ｓ  ＶＩＥＷＥＲ」と称された、Ｎａｓｅｌｌｉらによる、米国特許第５，０２９，９６３号、および「ＴＥＬＥＳＣＯＰＩＣ  ＳＩＧＨＴ  ＦＯＲ  ＤＡＹＬＩＧＨＴ  ＶＩＥＷＩＮＧ」と称された、Ｐｈｉｌｌｉｐｓらによる、米国特許第５，０８４，７８０号に例示されている。双方の引用文献の中で示されたＧＥＮ  ＩＩＩイメージインテンシファイチューブ１０は、本明細書において譲受人であるＩＴＴ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって現在、製造されているタイプのチューブである。図１に示されたインテンシファイチューブ１０において、赤外線エネルギはフォトカソード１２に衝突する。フォトカソード１２は、反射防止アレイ１６で一面をコートされたガラスフェースプレート１４、ガリウムアルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）ウィンドウアレイ１７、およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）アクティブアレイ１８をから構成される。赤外線エネルギは、ＧａＡｓアクティブアレイ１８に吸収され、その結果、電子／ホール対を生成する。生成された電子は、その後、ＧａＡｓアクティブアレイ１８の上に示される負の電子親和力（ＮＥＡ）コーティング２０によって、真空のハウジング２２に放射される。
【０００５】
マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）２４は、真空のハウジング２２内に位置し、フォトカソード１２のＮＥＡコーティング２０に隣接している。従来、ＭＣＰ２４は、導電性入力表面２６および導電性出力表面２８を有するガラスから作られている。ひとたび電子が、フォトカソード１２を出ると、電子は、ＭＣＰ２４の入力表面２６に向かって、入力表面２６およびフォトカソード１２間の、約３００から９００ボルトの電位差によって、加速される。電子は、ＭＣＰ２４の入力表面２６に当たるので、２次電子は、ＭＣＰ２４内に生成される。ＭＣＰ２４は、入力表面２６に入射するそれぞれの電子に対して、数百の電子を生成し得る。ＭＣＰ２４は、入力表面２６および出力表面２８間の電位差（一般的に約１１００ボルトである）の影響を受け、そのために電位差は、電子の増倍を可能にし得る。
【０００６】
増倍された電子は、ＭＣＰ２４を出るので、電子は、蛍光スクリーン３０に向かって、真空のハウジング２２を通って、蛍光スクリーン３０および出力表面２８の間の、約４２００ボルトの電位差によって、加速される。電子は、蛍光スクリーン３０に衝突するので、多くの光子が、一電子毎に生成される。光子は、光学インバータ素子３１の出力表面２８上の、イメージインテンシファイアーチューブ１０のために出力イメージを作成する。
【０００７】
図１に図示したようなイメージインテンシファイアーは、イメージインテンシファイアーの他の形式より利点がある。第１に、インテンシファイアーは、対数ゲイン曲線を有する。すなわち、入力光レベルが減少するにつれ、ゲインは増加する。これは、明るい光が、微光と同じシーン内にある場合は、特に、人間の目の反応に一致する。ほとんどの固体デバイスは、線形性応答を有する。すなわち、光が明るければ明るいほど、出力信号は明るい。その結果、明るい光は固体システムの観察者にさらに明るくみえ、かつ、シーンをぼやけさせる傾向がある。固体センサは、入力光が増加するにつれ、ゲインを減少するように修正され得るが、これは、増幅ゲインを変更するか、シャッタリングを用いるか、または反ブルーミング制御を用いることを必要とする。
【０００８】
イメージインテンシファイアーの他の利点は、入力光レベルが広範囲にわたって機能する性能である。電力源は、カソード電圧を制御し得、かつそれによってシーンに適合するようにチューブゲインを変更し得る。それ故、チューブは、暗い星の光から日中の条件まで機能し得る。
【０００９】
しかし、イメージインテンシファイアー／Ｉ２カメラは、多数の不利な点を抱えている。蛍光スクリーンの電子オプティクスは、低コントラストイメージを生成する。これは、イメージインテンシファイアーを通して見る場合、対象が人間の観察者、または固体センサにファジーに見えるいう結果になる。さらなるイメージインテンシファイアーの発展によって、この欠陥はいくらか低減されるが、一般的に固体イメージは、より良いパフォーマンスを有する。
【００１０】
イメージインテンシファイアー／Ｉ２カメラの他の不利な点は、「ハロ」である。ハロは、ＭＣＰ、またはスクリーンどちらかから反射されている電子から生じる。反射された電子は、次に増幅され、元のイメージの周りのリングのプロファイルの光に変換される。イメージチューブにおいて、ＭＣＰから反射した電子からのハロは、最近の製品チューブに対して極わずかな効果まで減少される。しかし、スクリーンセクションからのハロは、カソードハロの程度までではないが、依然存在する。それにもかかわらず、スクリーンハロは、ＣＣＤ、またはＣＭＯＳアレイが、イメージインテンシファイアーに接続される場合、依然として大きな欠点をイメージシステム内に持つ。これは、これらのアレイが、スクリーンハロ内の微光レベルに対して、目より感度が良いからである。
【００１１】
他の不利な点は、電子的読み出しを提供する方法を有さないイメージインテンシファイアーである。電子的読み出しは、所望されている。それ故、温度センサからのイメージは、インテンシファイイメージと結合し得、その結果両スペクトルからの情報が、同時に見える。１つの解法は、ＣＣＤ、およびＣＭＯＳアレイとイメージインテンシファイアーチューブとを結合することによって、Ｉ２カメラを生成することであり得る。固体デバイスが、イメージチューブと結合されている場合、結果として、カメラは、低コントラストのイメージチューブ、非能率な結合が原因である乏しく制限された解像度、およびカメラのイメージチューブの付加費用の全ての動作欠点を有する。
【００１２】
固体デバイスは、一般的にＣＣＤ、およびＣＭＯＳセンサを含む。これらは、直接、光を感知して、電子的に信号を固体増幅器に送って、その後テレビタイプチューブまたは液晶ディスプレイのようなディスプレイどちらかにイメージを表示することによって、固体デバイスは機能する。図２ａおよび図２ｂは、一般的なＣＣＤセンサについての流れ図および模式図を示している。
【００１３】
ＣＣＤおよびＣＭＯＳセンサは、固体デバイスである。すなわち、真空のエンベロープはなく、出力はセンサ内ではなく他の場所に表示されるべき電子信号である。固体デバイスは、５−１５ボルトの電力で動作する。光は、「ｓ」としてラベルを付けられた個々のピクセル内で感知され、ピクセル格納がレジスタへ読み出されるまで、ピクセルに格納された電子へ変換される。格納レジスタから、複数ピクセルに含まれる電子情報は、次に読み出しレジスタに移され、次に出力増幅器に、次に陰極線管のようなビデオ表示デバイスへ移される。
【００１４】
全ての固体デバイスの不利な点は、乏しい微光レベルパフォーマンス、明るい光源からのポテンシャルブルーミング、乏しい制限された解像度、および高電力消費である。乏しい微光パフォーマンスは、低Ｓ／Ｎ比という結果になる暗電流および読み出しノイズに起因している。単一ゲイン機構が、読み出しより先に提供された場合、この問題は否定され得る。なぜなら、ノイズ源に打ち勝つ十分な信号が存在するからである。固体デバイスアーキテクチャは、通常読み出しより先の増幅部分を許容しない。乏しく制限された解像度は、大きな信号を収集して、これによりＳ／Ｎ比を増加させようとして通常選択される大きなピクセルサイズに起因する。これらの不利な点は、夜間視界用の固体センサの使用を事実上阻害する。固体デバイスの利点は、特に固体センサがＣＭＯＳアレイの場合、イメージインテンシファイアー／Ｉ２カメラ、電子読み出しの利点、および低コストと比較するとより良いイメージコントラストである。
【００１５】
イメージインテンシファイアーおよび固体センサの強みおよび弱みがお互いに補完することで、双方のデバイスの組み合わせは、理論上、より良いパフォーマンスを与え得ると考えられ得る。イメージインテンシファイアー／Ｉ２カメラおよび固体センサの代替物として提案された１つのこのような組み合わせは、電子衝撃ＣＣＤ／ＣＭＯＳセンサ（ＥＢＣＣＤ／ＣＭＯＳ）である。このデバイスは、イメージチューブのフォトカソードおよびボディエンベロープ、およびこのエンベロープに集積されているＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサのどちらかから成る。ＥＢＣＣＤ／ＣＭＯＳセンサの図示例が図３に示されている。高ボルトが、カソードと固体センサとの間に印加され、そのため生じた電子は、電子衝撃によって固体センサのシリコン内で増幅される。
【００１６】
ＥＢＣＣＤ／ＣＭＯＳデバイスの利点は、電子読み出しを提供することである。しかし、不利な点は多数ある。第１に、シーン内のダイナミックレンジが圧縮される。これは、明るい対象が暗い対象の隣にある場合、シーン内の全体的なコントラストがイメージインテンシファイアー／Ｉ２カメラおよび全ての固体デバイスと比較して減少することを意味する。第２に、センサは、固体センサから反射された電子に起因して、明るい光の周りのイメージの「ハロ」の劣化を抱えている。このハロは、正規のイメージチューブ内に存在するが、技術的改良で、ハロが存在しなくなるように減少してきた。第３に、デバイスを動作させるために必要とされる非常に高い電圧（２−１０ｋＶ）は、シリコン表面にダメージを加えて、やがて性能を劣化させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
それ故、本発明の目的は、イメージインテンシファイアーの最良な機能（良好なＳ／Ｎ比および高対数ゲイン）と、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）または電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のいずれかの電子的読み出し機能とを組み合わせるインテンシファイハイブリッド固体センサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（要旨）
本発明は、インテンシファイハイブリッド固体センサを提供する。本発明に従って、固体センサは、イメージインテンシファイカソード、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）、およびボディエンベロープでアセンブルされた固体センサを含むイメージデバイスを含む。このデバイスは、イメージインテンシファイアーの最良な機能（良好なＳ／Ｎ比および高対数ゲイン）と、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）または電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のいずれかの電子的読み出し機能とを組み合わせる。本発明は、少ない光で高感度であり、ゲインが高いことが必要とされる夜間視界システムに主に適用される。
【００１９】
本発明をより明確に理解するために、添付の図面を参照して、より詳細に本発明を開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図４Ｂは、本発明によるインテンシファイハイブリッド固体センサデバイス４１の概略図である。センサ４１は、標準的イメージチューブフォトカソード５４、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）５３、および固体イメージセンサ５６を含む。固体イメージセンサ５６は、任意のタイプの固体イメージセンサであり得る。好適には、固体イメージセンサ５６は、ＣＣＤデバイスである。より好適には、固体イメージセンサ５６は、ＣＭＯＳイメージセンサである。図５Ａは、イメージセンサ５６’として、背面薄型ＣＣＤイメージデバイスを示している。この実施形態において、ＭＣＰ５３は、背面薄型ＣＣＤセンサ５６’と接続されている。背面薄型ＣＣＤ５６’は、拡散収集エリア５６ａ’および読み出しエリア６２のような電子受信表面を含む。図５Ｂは、標準ＣＣＤ５６’’と接続するＭＣＰ５３を含む代替の標準ＣＣＤイメージデバイスを示す。ＣＣＤ５６’’は、酸化物カバー６３および複数の収集ウェル６４を含む。図５Ｃは、ＣＭＯＳ基板５６’’’および複数の収集ウェル６５を含むＣＭＯＳセンサとしてセンサ５６を図示する。
【００２１】
様々な理由のために、ＣＣＤによるイメージセンサは、多くの用途において使用が制限されるか、または実用性がない。第１に、ＣＣＤは、それらの高いパフォーマンスを達成するために、埋めたチャネルインプラントを有する少なくとも２つのポリシリコンアレイを必要とし、標準的なＣＭＯＳ製作プロセスを用いてそれらを製作できないことを意味する。第２に、ＣＣＤよるイメージャを用いて成し遂げられ得る集積レベルは低い。なぜなら、ＣＣＤによるイメージャは、１つの用途において、そのＣＣＤによるイメージャと他のデバイスとを集積するために必要とされるデバイスを含み得ないからである。最終的に、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（ＤＳＰ）および他の画像処理回路等のシステムボード上にある他のデバイスへのイメージアレイからのデータを転送するように用いられる回路は、大きな電気容量を有し、かつ他の回路よりも高い電圧を必要する。これらの電気容量を充電し、かつ放電することに関連する電流は、通常重要であるので、ＣＣＤイメージャは、特に、携帯用の、またはバッテリで動作する用途に特に適してはいない。
【００２２】
例えば、標準のＣＭＯＳプロセスを用いた集積回路から製作されたあまり高価ではないイメージセンサが所望される。本質的にＣＭＯＳタイプイメージャセンサとともに、発光ダイオード、光トランジスタ、または他の類似のデバイスが、光検出デバイスとして用いられる。光検出素子の出力は、アナログ信号であり、この信号の大きさは、素子が受けた光の量にほぼ比例する。ＣＭＯＳイメージャは、ＣＣＤプロセスによって作られたイメージャと比較すると、より低いパワーを使用し、より低い製作コストを有し、そしてより高いシステム集積を提供するので、いくつかの用途において好ましい。さらに、ＣＭＯＳイメージャは、論理トランジスタを一般に製造するために通常用いられるプロセスに類似のプロセスを用いて、製造され得るというさらなる利点を有する。本発明の好適な実施形態がイメージセンサ５６としてＣＭＯＳセンサを組み込んでいるが、任意の固体イメージセンサが機能し、かつ本特許の範囲内にある。
【００２３】
図４Ｂを再び参照すると、フォトカソード５４は、任意の公知のタイプのイメージインテンシファイデバイスで用いられる標準的なフォトカソードであり得る。フォトカソード５４は、ＧａＡｓ、バイアルカリ，ＩｎＧａＡｓ等の材料であり得るが、これらに制限されない。フォトカソード５４は、入力側５４ａおよび出力側５４ｂを含む。ＭＣＰ５３は、シリコンまたはガラス材料であり得るが、これらに制限されず、好適には、約１０〜２５ｍｍの厚みである。ＭＣＰ５３は、入力表面４９および出力表面５０の間に形成された複数のチャネル５２を有する。チャネル５２は、例えば、円形のプロファイル５２’（図６Ａ）、または四角のプロファイル５２’’（図６Ａ）の任意のプロファイルのタイプを有し得る。ＭＣＰ５３はイメージセンサ５６の電子受信表面５６ａに接続されている。
【００２４】
好適には、ＭＣＰ５３の出力表面５０は、イメージセンサ５６の電子受信表面５６ａに物理的に接触している。しかし、絶縁はＭＣＰ５３およびイメージセンサ５６の間に必要であり得る。従って、薄い絶縁スペーサ５５は、ＭＣＰ５３の出力表面５０、およびイメージセンサ５６の電子受信表面５６ａの間に挿入され得る。絶縁スペーサ５５は、任意の電気的絶縁材料から作られ得、好適には数マイクロより薄い厚さで、イメージセンサ５６の電子受信表面５６ａ上に堆積される、薄い層として形成される。例えば、絶縁スペーサは、約１０μｍの厚さのフィルムであり得るが、これに制限されない。代替的に絶縁スペーサ５５は、ＭＣＰ５３の出力表面５０上に形成されるフィルム（図示せず）であり得る。
【００２５】
ＣＭＯＳイメージセンサ５６は、電子受信表面５６ａ、および出力５６ｂを含む。ＭＣＰ５３から放射する、増加した多くの電子４８は、電子受信表面５６ａに衝突する。電子受信表面５６ａは、ＣＭＯＳ基板５６’’’、および複数の収集ウェル６５（図５Ｃ）を含む。収集ウェル６５に収集された電子４８（図４Ｂ参照）は、出力５６ｂを通ってイメージディスプレイデバイス４６に送られるインテンシファイイメージ信号を生成する、ＣＭＯＳセンサ用の標準信号プロセッシング機器を用いて処理される。
【００２６】
電気バイアス回路４４は、センサ４１へのバイアス電流を提供する。電気バイアス回路４４は、第１電気接続４２、および第２電気接続４３を含む。第１電気接続４２は、フォトカソード５４およびＭＣＰ５３の間のバイアス電圧を提供する。第１電気接続４２からのバイアス電圧は、ＥＢＣＣＤ／ＣＭＯＳセンサカソードからＣＣＤ電圧（すなわち２−１０ｋＶ）のバイアス電圧よりも小さいように好適にはセットされ得る。例えば、１つの好適なバイアス電圧は、イメージチューブのバイアス電圧（例えば１４００Ｖまで）に類似し得る。第２電気接続４３は、ＭＣＰ５３およびＣＭＯＳセンサ５６の間のバイアス電圧を印加する。好適には、第２電気接続４３に印加されたバイアス電圧は、従来技術のデバイス（図１）のイメージチューブ−スクリーン電圧（約４２００Ｖ）よりも非常に小さい。例えば、第２電気接続４３に印加されたバイアス電圧は、１００Ｖまでであり得るが、これに制限されない。図４Ａは、センサ４１の可能性のある構造を示す。この構造において、フォトカソード５４、ＭＣＰ５３、およびイメージセンサ５６は、それぞれと物理的に非常に近接し、単一ユニットとして真空のボディまたはエンベロープ６１の中に保持される。
【００２７】
図４Ｂを参照すると、動作中にイメージ５７からの光５８、５９は、フォトカソード５４の入力側５４ａを通ってインテンシファイハイブリッド固体センサ４１に入射する。フォトカソード５４は、入射光を電子４８に変化し、その電子４８は、フォトカソード５４の出力側５４ｂから出力される。フォトカソード５４から出る電子４８は、ＭＣＰ５３の入力表面４９を通ってチャネル５２に入射する。電子４８がＭＣＰ５３の入力表面４９に照射した後に、第２電子は、ＭＣＰ５３の、複数チャネル５２内に生成される。ＭＣＰ５３は、入力表面４９を通って入射するそれぞれの電子に対して、チャネル５２のそれぞれに数百の電子を生成し得る。それ故、チャネル５２から出る電子４７の数は、チャネル５２に入射する電子４８の数より非常に多い。インテンシファイされた数の電子４７は、ＭＣＰ５３の出力側５０を通ってチャネル５２を出て、かつＣＭＯＳイメージデバイス５６の電子受信表面５６ａと衝突する。
【００２８】
図６は、増加した数の電子４７が、チャネル５２を出て、かつＣＭＯＳイメージセンサ５６の特異な収集ウェル６５’と衝突する仕方を示す。この図から見て取れるように、収集ウェル６５’と電子４７を放射するチャネル５２の数との間にある関係が存在する。一般的に、ＭＣＰ５３の隣接のチャネル５２は、所定のチャネルピッチ５２ａによって分離される。図６は、１つの収集ウェル６５’に対して、複数のチャネル５２になるチャネルピッチ５２ａを示す。
【００２９】
図７Ａから７Ｃは、本発明によるＣＭＯＳウェル／チャネルピッチ関係の３つの異なった代替例を示している。図７Ａは、チャネルピッチ５２ａとＣＭＯＳ収集ウェル６５’との間の１つの関係を示している。この場合、チャネルピッチ５２ａは、相対的に小さく、一方でＣＭＯＳウェル６５’のサイズは相対的に大きい。これにより、２以上のチャネル５２からのいくつかの電子４７がＣＭＯＳ収集ウェル６５’に衝突可能である。図７Ｂは、他のＣＭＯＳウェル／チャネルピッチ関係を示している。この実施形態において、チャネルピッチ５２ａおよびＣＭＯＳ収集ウェル６５’のサイズは、ほぼ１対１の関係にある。例えば、単一チャネル５２からの電子４７’は、単一収集ウェル６５’に衝突する。図７Ｃは、他のＣＭＯＳウェル／チャネルピッチ関係を示し、チャネルピッチ５２ａは、相対的に大きく、かつＣＭＯＳ収集ウェル６６のサイズは相対的に小さい。この場合、単一チャネル５２からの電子４７’’は、複数の収集ウェル６６に衝突する。これらの構造のそれぞれが、さまざまな利点を供給する一方、図７Ａに示されている関係は本発明に好適である。
【００３０】
結果として、インテンシファイハイブリッド固体センサは、他の従来技術のいずれの概念とは異なる条件で動作する。ＭＣＰ５３は、全固体デバイスにコントラストが類似したハイブリッドデバイス（しかし、このデバイスは、低ハロ、良好なＳ／Ｎ比、およびイメージチューブの対数ゲインを有する）を与えるＣＭＯＳセンサ５６に直接に取り付けられ得る結果になる。動作電圧がさらに低いので、暗い星の光の条件から日中の動作までの動作を許容するイメージチューブのようなハイブリッドデバイスがゲートされ得る。ハイブリッドセンサは、ＭＣＰ５３およびＣＭＯＳセンサ５６の間の物理的ギャップの欠損から、より良いハロを有する。２つの素子の物理的分離の欠損は、ＥＢＣＣＤ／ＣＭＯＳ、またはイメージインテンシファイカメラと比較される場合、コントラストが改善される理由でもある。ハイブリッドデバイスは、イメージチューブの対数ゲイン曲線も有する。ＥＢＣＣＤ／ＣＭＯＳセンサと異なり、ハイブリッドセンサは、低カソード電圧に起因して、ゲートされ得る。
【００３１】
本発明の好適な実施形態の上記の詳細な説明は、この出願時で本発明を実行するために発明者によって検討されたベストモードを公開し、例示のためであって、制限のために提供されない。従って、当業者にとって明白な様々な修正および改変は、添付の特許請求の範囲に記載されているように本発明の範囲および意図内であるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、一般的なイメージインテンシファイチューブの模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、一般的なＣＣＤセンサの流れ図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、一般的なＣＣＤイメージのイメージ表面の模式図である。
【図３】図３は、一般的な電子衝撃ＣＣＤデバイスの断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明によるインテンシファイハイブリッド固体センサの断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明によるインテンシファイハイブリッド固体センサの模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明で用いるマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）および背面薄型ＣＣＤの模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明で用いるマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）および標準ＣＣＤの模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明で用いるＣＭＯＳ−タイプのイメージセンサの透視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、円形プロファイルおよびＣＭＯＳウェルを有するＭＣＰチャネルの透視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、四角プロファイルおよびＣＭＯＳウェルを有するＭＣＰチャネルの透視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明によるセンサ表面の単位面積あたりの大きなピクセル／小さなＭＣＰチャネルピッチの平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明によるセンサ表面の単位面積あたりのＭＣＰチャネルに対する１対１ピクセルの平面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明によるセンサ表面の単位面積あたりの小さなＣＭＯＳピクセルピッチ／大きなＭＣＰチャネルの平面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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